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我們知道，意法半導體公司（STMicroelectronics，簡(jiǎn)稱(chēng)ST）的STM32系列MCU是業(yè)內頗具影響力的微控制器。自STM32首顆芯片發(fā)布到現在的11年里，該產(chǎn)品線(xiàn)形成了高性能的F系列、低功耗的L系列和低成本的主流系列，如今又新增了無(wú)線(xiàn)聯(lián)網(wǎng)的WB系列。 在10月12日舉辦的媒體溝通會(huì )上，意法半導體中國區微控制器事業(yè)部市場(chǎng)及應用總監曹錦東先生說(shuō)，STM32WB的面世宣告ST正式進(jìn)入無(wú)線(xiàn)的32位領(lǐng)域，讓客戶(hù)更容易滲透以及開(kāi)發(fā)他們的無(wú)線(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)應用。會(huì )上，意法半導體STM32超低功耗和網(wǎng)絡(luò )微控制器市場(chǎng)經(jīng)理Hakim Jaafar先生詳細介紹了STM32WB的性能、特色和優(yōu)勢。由于Jaafar的演講精煉而準確，下面直接引用以供您參考。 以下是Hakim Jaafar先生的發(fā)言。 今天我們將介紹的是STM32WB，這是新一代的微控制器系列，是ST首款STM32集成BLE和IEEE802.15.4的射頻模塊的系統芯片（SOC）。 
我們新發(fā)布的STM32WB系列有7個(gè)新的產(chǎn)品特性，這些也是STM32一貫保持領(lǐng)先的要素：第一，增加了無(wú)線(xiàn)的可能性，STM32WB集成了開(kāi)放的2.4G射頻多協(xié)議模塊，支持Bluetooth藍牙5.0以及THREAD和ZigBee的協(xié)議棧。第二,這款藍牙產(chǎn)品支持雙核，能夠保證全面的控制以及超低的功耗。第三，我們著(zhù)力打造的是物聯(lián)網(wǎng)保護，因為物聯(lián)網(wǎng)的安全非常重要，所以這款產(chǎn)品有很多保護以及安全的性能集成在里面。第四,對中國市場(chǎng)或者全球市場(chǎng)在通信方面的成本來(lái)說(shuō)，我們也有充分的考量，盡量增加集成度（也就是單片機的概念），以減少整個(gè)系統的成本。第五，延續STM32的傳統，擁有比較豐富的產(chǎn)品種類(lèi)，覆蓋從最小256K內置的閃存到最大的1兆閃存，從最少的48腳的封裝到最多100腳封裝。第六，也是非常重要的一點(diǎn)，STM32WB可以延續或者共用STM32已經(jīng)存在的生態(tài)系統，降低開(kāi)發(fā)射頻應用的門(mén)檻，基于我們已經(jīng)開(kāi)發(fā)的STM32生態(tài)系統，如：Cube生態(tài)系統，能夠更快地上手。最后一點(diǎn)是十年的供貨保證，這是長(cháng)期以來(lái)對客戶(hù)的承諾。
先看第一點(diǎn)，第一點(diǎn)是無(wú)線(xiàn)的可能性，我們最先推出的是藍牙5.0，通過(guò)支持這個(gè)協(xié)議棧，數據速率可以提高兩倍，支持2兆的高速率傳輸。同時(shí)也支持5.0的Mesh技術(shù)，從而提高網(wǎng)絡(luò )的覆蓋面。 因為這顆STM32WB的射頻也支持802.15.4無(wú)線(xiàn)的通信標準，所以我們同時(shí)也支持OpenThread的協(xié)議棧和ZigBee協(xié)議棧，我們可在動(dòng)靜態(tài)模式下同時(shí)運行藍牙和OpenThread。 為了讓我們的客戶(hù)有更大的開(kāi)發(fā)靈活性和可能性，我們也支持2.4G開(kāi)放或者專(zhuān)有的協(xié)議棧給客戶(hù)用于開(kāi)發(fā)。這種專(zhuān)有的協(xié)議�？梢灾С諦LE或者802.15.4，預留一些空間讓客戶(hù)自己去開(kāi)發(fā)。另外剛才提到對于這個(gè)產(chǎn)品，功耗也是重要的考量，整個(gè)射頻的鏈路的預算會(huì )低至到102dB，同時(shí)對于成本敏感的應用，我們也有很好的考量，因為它集成度更高，比如，在集成了巴倫（平衡器）后，我們降低了整個(gè)物料清單成本。
因為STM32WB上的2.4G射頻可以支持多協(xié)議，所以基于+6dBm輸出功率和高靈敏度的射頻模塊和物理層、鏈路層之上的協(xié)議棧，可以做不同的排列組合，比如同時(shí)使用ZigBee和藍牙5.0，或者同時(shí)使用藍牙5.0和Thread，又或是Thread和ZigBee以及同時(shí)支持專(zhuān)有協(xié)議。
現在讓我們來(lái)看一下單核和雙核芯片的不同。先看一下單核芯片，如果要做藍牙或者射頻的應用，它必須同時(shí)處理用戶(hù)應用以及射頻部分，這樣會(huì )產(chǎn)生兩個(gè)部分之間要協(xié)調物理上對資源的要求，同時(shí)對開(kāi)發(fā)者來(lái)說(shuō)，開(kāi)發(fā)時(shí)間和工作量也會(huì )增加。在物理層上面的共用也會(huì )使得產(chǎn)品有分時(shí)的條件，在分時(shí)的條件下，會(huì )使得任務(wù)處理時(shí)間長(cháng)以及功耗增加。對于射頻應用來(lái)說(shuō)，功耗提高也是比較頭疼的事情。同時(shí)由于現在單核的芯片的資源相對來(lái)說(shuō)較少，在做應用的同時(shí)，要在外面加上配套的MCU芯片，從而使整個(gè)產(chǎn)品的物料清單成本提高。 對于雙核的芯片，特別是STM32WB來(lái)講，它的巧妙之處在于我們將應用以及射頻兩部分分開(kāi)。應用部分是由內置的M4的內核處理，射頻的協(xié)議棧由內置的M0內核處理。無(wú)論是應用端還是射頻端，我們都提供了更大的自由度給用戶(hù)。除了自由度以外，它的優(yōu)點(diǎn)還包括相較于之前提到的兩顆配套芯片的成本，單顆雙核芯片的成本在整個(gè)系統成本上有所降低，同時(shí)可以加速客戶(hù)開(kāi)發(fā)面市的時(shí)間。
現在仔細看一下STM32WB內置模塊，第一個(gè)模塊是射頻模塊，射頻域是基于M0+內核，32MHz主頻，它支持2.4G的射頻收發(fā)器，可以支持BLE5.0以及802.15.4協(xié)議同時(shí)運行。上面是M4內核，他們是獨立于M0+內核的，能夠專(zhuān)注于讓客戶(hù)去開(kāi)發(fā)用戶(hù)程序，M4也是沿用之前ST的生態(tài)系統，基于STM32L4的IP。再來(lái)看看外面的外設，像無(wú)晶體的USB2.0在STM32其他的產(chǎn)品線(xiàn)上也看到過(guò)，它還支持低功耗的串口以及4線(xiàn)的SPI以及SAI。同時(shí)還有安全模塊，有這些安全的模塊的同時(shí)又保證兩個(gè)內核的域是相對獨立的，因此可以防止STM32被破解。我們還有非常豐富的模擬外設，比如12位ADC，兩個(gè)比較器，這都是STM32固有的成熟IP，同時(shí)我們還支持ART Accelerator，使我們在Flash上的執行不會(huì )因為閃存等待周期而降低性能。兩個(gè)內核同時(shí)能夠訪(fǎng)問(wèn)Flash，從而達到最高效率。 下面再讓我們仔細看一下幾個(gè)重點(diǎn)，第一，超低功耗。在停止模式下，射頻待機，保持256K的RAM條件下，能達到1.8個(gè)微安（µA），這是在業(yè)界相當低的功耗。它在關(guān)閉模式下功耗小于50個(gè)納安（nA）。外設方面，有一個(gè)重點(diǎn)是SAI，我們集成了SAI，可以提供在藍牙應用中支持音頻需求，這一需求在市場(chǎng)上也越來(lái)越多。另外我們也集成了QSPI的接口，實(shí)現了閃存擴展的可能性，客戶(hù)可以接外置的閃存，來(lái)增加系統的閃存容量。從工作電壓來(lái)講，STM32WB是寬電壓產(chǎn)品，從1.7到3.6伏，工作溫度最低至零下40度，最高可以到105度。
現在我們具體來(lái)看一下雙核處理器的好處，剛才也提到了射頻端是由M0+內核域處理的，這塊可以相對于應用獨立出來(lái)，專(zhuān)門(mén)是做連接相關(guān)的工作，比如說(shuō)數據上傳以及用空中下載技術(shù)（OTA）來(lái)更新射頻的協(xié)議棧。獨立的的M0+處理網(wǎng)絡(luò )任務(wù)時(shí)可以讓負責用戶(hù)應用的M4的域處于休眠狀態(tài)，從而降低功耗。 那功耗能降到多低呢？在節能模式下，我們可以保持RAM和RTC運行，這時(shí)功耗可以降到1.8個(gè)µA，但是在睡眠或者低功耗模式下，它仍然能保持很快的喚醒時(shí)間，這個(gè)喚醒時(shí)間會(huì )在5個(gè)微秒（µs）。 喚醒之后，就可以用主處理器，基于M4內核的CPU，去做用戶(hù)的應用�？梢允�傳感器融合的工作，也可以是處理或者控制系統的工作。這樣會(huì )比較靈活，同時(shí)我們也支持批處理模式，批處理模式也能夠讓我們的閃存和CPU在關(guān)閉條件下降低功耗，同時(shí)能夠完成相應的工作。 兩個(gè)內核也是可以同時(shí)運行的，如果同時(shí)運行的話(huà)，我們的功耗也僅有50µA/MHz。在同時(shí)運行條件下，也能保證性能。 在有些不需要一直工作的應用場(chǎng)景中，我們還有超級節能的模式，相較于節能模式，它會(huì )關(guān)閉更多的外設，達到更低的功耗，最低可以達到小于50nA，以節省電池的電量。 這里有一張圖，綠色的代表雙核產(chǎn)品在整個(gè)周期中的功耗的大小。對應1、2、3、4、5不同的狀態(tài)，功耗也是浮動(dòng)的，根據不同的應用場(chǎng)景，我們可以在某些條件下功耗很低，在某些條件下功耗稍高一些，你看到其他藍色或者深色的部分，就是同一應用場(chǎng)景下單核產(chǎn)品的功耗，這些產(chǎn)品是沒(méi)有辦法關(guān)斷某一些外設的，它必須是長(cháng)時(shí)間一直在運行，你可以看到它維持在較高的水平甚至有些更高，所以在動(dòng)態(tài)條件，雙核會(huì )帶來(lái)更好的功耗表現。
下面看一下STM32WB一些應用(場(chǎng)景)。對于一些產(chǎn)品線(xiàn)需要在線(xiàn)升級，我們可以運用STM32WB的藍牙5.0或者雙協(xié)議同時(shí)運行的模式，在此模式下用OTA來(lái)遠程升級設備。受益于雙核的優(yōu)勢，這個(gè)設備的升級可以達到比較安全的固件升級等級。 第二個(gè)應用場(chǎng)景就是健身和醫療或者可穿戴上的應用，在現實(shí)的生活中我們可能會(huì )用藍牙連接多個(gè)設備。目前STM32WB最多可以連接8個(gè)設備，很好的應用了5.0多點(diǎn)連接的優(yōu)點(diǎn)。我們可以看到，在可穿戴或者便攜式醫療以及健身方面，對尺寸的要求越來(lái)越小，我們有一個(gè)CSP100的微型封裝，可以保證在設計上把整個(gè)產(chǎn)品的尺寸盡量做到更小。另外一個(gè)是功耗，剛才提到STM32WB有雙核，同時(shí)它能大幅降低動(dòng)態(tài)功耗，非常適合電池供電且需要長(cháng)時(shí)間待機的應用，而可穿戴的應用正好也需要這種性能。我們即使在長(cháng)時(shí)間的雙核共同運行的條件下，也是能夠達到50 µA/MHz的動(dòng)態(tài)功耗性能。 剛才提到擴展的閃存容量，如今需要記錄的數據越來(lái)越多，比如說(shuō)可穿戴設備的應用。我們可以在STM32WB的外部通過(guò)QSPI去接更多外置Flash以擴展容量，同時(shí)我們?yōu)榱藴p少成本，也集成了USB2.0設備，不需要外接外部的晶體。 另外一個(gè)應用場(chǎng)景是家庭安保以及音頻或者智能家居相關(guān)的應用，由于STM32WB的靈敏度相對來(lái)說(shuō)很高，有-100dBm的靈敏度，可以覆蓋比較大的區域，如覆蓋整個(gè)家庭范圍。另外它里面還集成了客戶(hù)密鑰存儲（CKS），如果是出于安全的考慮，在升級的時(shí)候可以把這些東西放在我們的安全域里面，在升級時(shí)可以保證你的應用是可信的，授信的，再更新你的固件。 另外是藍牙信標（Beaconing），Beaconing現在也是藍牙的趨勢之一，現在STM32WB是支持藍牙Beaconing的，同時(shí)由于STM32WB的集成度比較高，把成本降到了更低，使用戶(hù)有更低的門(mén)檻做Beaconing的應用。我們的電流也是非常低的，在低功耗條件下，可以延長(cháng)在Beaconing下電池的使用壽命。 下面一個(gè)應用就是工業(yè)設備，在工業(yè)領(lǐng)域，對藍牙的需求與日俱增，這是因為藍牙是很方便的連接方式，可以通過(guò)不同的平板、手機來(lái)控制不同的工業(yè)設備。我們的STM32WB是工業(yè)級的，工作溫度最高可以達到105度，非常適合工業(yè)設備的應用。另外由于功耗比較低，可以很好的支持低功耗的工業(yè)設備，同時(shí)它喚醒時(shí)間非常短，只有5 µs。而工業(yè)設備非常講究安全性，STM32WB具有很好的安全性?xún)?yōu)勢，能夠滿(mǎn)足工業(yè)應用的需求。同時(shí)它集成了一些功能可以降低整個(gè)工業(yè)產(chǎn)品的成本。 還有一個(gè)龐大的應用領(lǐng)域是照明，在照明方面，以前很常用的無(wú)線(xiàn)連接方式是ZigBee或者是THREAD�，F在由于藍牙具有很好的易用性以及連接性，特別是對手機而言，大家對藍牙的需求越來(lái)越多，但是又需要兼容原先已有的一些協(xié)議，比如說(shuō)ZigBee和THREAD，我們就需要藍牙和ZigBee、THREAD同時(shí)應用，這也是我們?yōu)槭裁丛赟TM32WB上面能夠同時(shí)支持這三種協(xié)議，而且能夠在應用場(chǎng)景中能夠支持這種應用的一個(gè)原因。所以在這方面，我們也把BLE5和Mesh做到芯片當中，來(lái)覆蓋以前在ZigBee Mesh上的功能。
最開(kāi)始我們提到了STM32WB的安全性，現在仔細看一下這個(gè)安全性是怎樣實(shí)現的，請看這個(gè)框圖，最左邊的框圖是M0+封閉的子系統，是安全的域，藍色的部分是M4的內核，下面的實(shí)心深藍色是內置的閃存空間。 這個(gè)應用場(chǎng)景是遠程固件升級，首先客戶(hù)會(huì )將自己的客戶(hù)密鑰存儲在最左邊的安全區域里，這是封閉的子系統，如果有新的固件包，我們先會(huì )把新的固件2.0放在閃存空間當中，由M4來(lái)處理。M4首先會(huì )檢測到新的2.0固件，告訴我們有一個(gè)新的固件來(lái)了。我們的應用處理器M4內核會(huì )先把固件里面的簽名和密鑰發(fā)給M0+的子系統做驗證。如果說(shuō)我們驗證的簽名和密鑰和我們內部子系統里的是一致的，那更新就會(huì )繼續下去，如果發(fā)現它是不對的，那會(huì )停止這個(gè)更新過(guò)程。如果說(shuō)密鑰是一致的，那系統會(huì )通過(guò)安全域的通道（灰色通道），然后再燒寫(xiě)代碼，所以安全性得到了保證，整個(gè)過(guò)程都是有監控的。
再來(lái)看一下針對物聯(lián)網(wǎng)保護的功能，特別是對于外部攻擊的防御措施。攻擊會(huì )有很多種，比如說(shuō)非入侵式攻擊以及軟件攻擊，先來(lái)看一下軟件的攻擊，軟件的攻擊有多種，比如說(shuō)底層軟件驗證加密上的攻擊和提取密鑰，以及有些惡意的軟件或者病毒軟件，或者說(shuō)開(kāi)放一些或者截取你升級權限的攻擊。面對這些攻擊，我們STM32WB是怎樣應對的呢？剛才已經(jīng)提到CKS，即在M0+內核域的用戶(hù)密鑰存儲，同時(shí)它延續了以前STM32加密的硬件引擎，比如說(shuō)真隨機數以及加密加速器、讀保護、存儲單元、96位ID等。 另外一種攻擊就是非入侵式的，它會(huì )在周邊環(huán)境做一些篡改，從而得到一些信號或者說(shuō)注入一些錯誤信號，得到想要的信息，面對這種情況，STM32WB的內部集成了很多傳感器或者檢測器，這種檢測器會(huì )定時(shí)的發(fā)現不正常的信號，然后做一些報警、奇偶校驗或者JTAG讀出保護，又或者在某些條件下允許閃存啟動(dòng)，讓這些不好的或者說(shuō)不正常的信號通道盡可能關(guān)閉或者做出警示。
前面提到了STM32WB的眾多價(jià)值，比如說(shuō)低功耗、雙核、安全性，還有一個(gè)很重要一點(diǎn)是我們的成本，成本也不僅僅是指芯片成本，這里還有生態(tài)系統的成本。先來(lái)看一下芯片的成本，由于STM32WB的集成度比較高，我們把巴倫內置，省掉了外部巴倫（外部的巴倫的費用一般是15美分到20美分），這樣系統成本可以減少許多。我們最小系統外部器件最少只需要6個(gè)（包括晶體）。 我們外置晶體用得很少，我們可以用單晶體運行。另外保證內部的LCD升壓部分也是內置，同時(shí)提供電容觸控的軟件，這樣整個(gè)電路成本會(huì )比較低。另外我們在應用上最少可以做到兩層板，這也大大的降低了成本。 從生態(tài)系統層面，STM32WB延續了STM32的傳統——軟件免費，不論是從協(xié)議棧端（如射頻的BLE5.0 OpenThread）還是通用的802.14.5，這些協(xié)議棧都是免費。另外IDE集成開(kāi)發(fā)環(huán)境以及STM32Cube這塊的軟件也都是免費的。
再來(lái)看一下產(chǎn)品線(xiàn)，我們有多款產(chǎn)品給用戶(hù)做選擇，從管腳來(lái)看，有從最少的48腳的UQFN的封裝到最多100腳的WLCSP的封裝，內置閃存會(huì )從最少的256K到最多的1兆。
對于生態(tài)系統原型開(kāi)發(fā)，我們也會(huì )盡量地為工程師們做到更加方便易用。從硬件角度，首先我們會(huì )提供一個(gè)套件——NUCLEO套件，它包含一個(gè)NUCLEO板和一個(gè)USB dongle。一個(gè)上電，一個(gè)插在電腦的USB口上，就可以實(shí)現通訊的演示。我們可以通過(guò)STM32CubeMonRF的軟件，來(lái)監測和計算系統的功耗。
我們再看看整個(gè)軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程中的工具，首先是代碼，我們用STM32CubeMX，這是ST自己提供的。在編譯和調試的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境方面，有ST自己提供和合作伙伴提供的多種選擇，如AC6是ST自己提供的，atollic現在已經(jīng)被ST收購了，我們也能提供。arm 的KELL在Cortex-M0+內核上也會(huì )免費的提供給用戶(hù)，另外還有合作伙伴IAR和MBED提供傳統的第三方集成開(kāi)發(fā)環(huán)境。而射頻性能監測會(huì )由STM32CubeMonRF來(lái)提供。
當然選型也是比較重要的方面。為了讓大家更快的或者更精準地選到我們的產(chǎn)品，我們在不同的平臺上，如平板手機、電腦端提供ST MCU Finder這一選型工具，讓大家更快地找到合適的產(chǎn)品，并察看技術(shù)資料。
STM32一直是我們的主打產(chǎn)品，每年我們都會(huì )保持高價(jià)值的投資。大家熟知的三個(gè)產(chǎn)品系列，或者說(shuō)三塊產(chǎn)品分區是高性能的、主流的和超低功耗的�，F在ST最新引入了無(wú)線(xiàn)這條產(chǎn)品線(xiàn)，STM32WB是其中的主打產(chǎn)品，它是支持藍牙，支持OpenThread，支持ZigBee的芯片，也拓展了STM32在無(wú)線(xiàn)上更多的可能性，我們還會(huì )持續投資在無(wú)線(xiàn)方面，大家可以期待今后有更多的無(wú)線(xiàn)的集成的STM32產(chǎn)品面世。目前，現在我們整個(gè)的客戶(hù)數量已經(jīng)超過(guò)五萬(wàn)家了。非常重要的一點(diǎn)是，ST現在致力于覆蓋所有的應用，目前市面上從高性能到主流到低功耗以及無(wú)線(xiàn)的應用ST基本都能覆蓋，對用戶(hù)來(lái)說(shuō)如果想要做一個(gè)應用，STM32一定會(huì )給你最好的選擇。 謝謝！ |
