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我們知道，意法半導(dǎo)體公司（STMicroelectronics，簡稱ST）的STM32系列MCU是業(yè)內(nèi)頗具影響力的微控制器。自STM32首顆芯片發(fā)布到現(xiàn)在的11年里，該產(chǎn)品線形成了高性能的F系列、低功耗的L系列和低成本的主流系列，如今又新增了無線聯(lián)網(wǎng)的WB系列。 在10月12日舉辦的媒體溝通會上，意法半導(dǎo)體中國區(qū)微控制器事業(yè)部市場及應(yīng)用總監(jiān)曹錦東先生說，STM32WB的面世宣告ST正式進入無線的32位領(lǐng)域，讓客戶更容易滲透以及開發(fā)他們的無線物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。會上，意法半導(dǎo)體STM32超低功耗和網(wǎng)絡(luò)微控制器市場經(jīng)理Hakim Jaafar先生詳細(xì)介紹了STM32WB的性能、特色和優(yōu)勢。由于Jaafar的演講精煉而準(zhǔn)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(tǒng)芯片（SOC）。 
我們新發(fā)布的STM32WB系列有7個新的產(chǎn)品特性，這些也是STM32一貫保持領(lǐng)先的要素：第一，增加了無線的可能性，STM32WB集成了開放的2.4G射頻多協(xié)議模塊，支持Bluetooth藍(lán)牙5.0以及THREAD和ZigBee的協(xié)議棧。第二,這款藍(lán)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,對中國市場或者全球市場在通信方面的成本來說，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），以減少整個系統(tǒng)的成本。第五，延續(xù)STM32的傳統(tǒng)，擁有比較豐富的產(chǎn)品種類，覆蓋從最小256K內(nèi)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，STM32WB可以延續(xù)或者共用STM32已經(jīng)存在的生態(tài)系統(tǒng)，降低開發(fā)射頻應(yīng)用的門檻，基于我們已經(jīng)開發(fā)的STM32生態(tài)系統(tǒng)，如：Cube生態(tài)系統(tǒng)，能夠更快地上手。最后一點是十年的供貨保證，這是長期以來對客戶的承諾。
先看第一點，第一點是無線的可能性，我們最先推出的是藍(lán)牙5.0，通過支持這個協(xié)議棧，數(shù)據(jù)速率可以提高兩倍，支持2兆的高速率傳輸。同時也支持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無線的通信標(biāo)準(zhǔn)，所以我們同時也支持OpenThread的協(xié)議棧和ZigBee協(xié)議棧，我們可在動靜態(tài)模式下同時運行藍(lán)牙和OpenThread。 為了讓我們的客戶有更大的開發(fā)靈活性和可能性，我們也支持2.4G開放或者專有的協(xié)議棧給客戶用于開發(fā)。這種專有的協(xié)議棧可以支持BLE或者802.15.4，預(yù)留一些空間讓客戶自己去開發(fā)。另外剛才提到對于這個產(chǎn)品，功耗也是重要的考量，整個射頻的鏈路的預(yù)算會低至到102dB，同時對于成本敏感的應(yīng)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，比如同時使用ZigBee和藍(lán)牙5.0，或者同時使用藍(lán)牙5.0和Thread，又或是Thread和ZigBee以及同時支持專有協(xié)議。
現(xiàn)在讓我們來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(lán)牙或者射頻的應(yīng)用，它必須同時處理用戶應(yīng)用以及射頻部分，這樣會產(chǎn)生兩個部分之間要協(xié)調(diào)物理上對資源的要求，同時對開發(fā)者來說，開發(fā)時間和工作量也會增加。在物理層上面的共用也會使得產(chǎn)品有分時的條件，在分時的條件下，會使得任務(wù)處理時間長以及功耗增加。對于射頻應(yīng)用來說，功耗提高也是比較頭疼的事情。同時由于現(xiàn)在單核的芯片的資源相對來說較少，在做應(yīng)用的同時，要在外面加上配套的MCU芯片，從而使整個產(chǎn)品的物料清單成本提高。 對于雙核的芯片，特別是STM32WB來講，它的巧妙之處在于我們將應(yīng)用以及射頻兩部分分開。應(yīng)用部分是由內(nèi)置的M4的內(nèi)核處理，射頻的協(xié)議棧由內(nèi)置的M0內(nèi)核處理。無論是應(yīng)用端還是射頻端，我們都提供了更大的自由度給用戶。除了自由度以外，它的優(yōu)點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系統(tǒng)成本上有所降低，同時可以加速客戶開發(fā)面市的時間。
現(xiàn)在仔細(xì)看一下STM32WB內(nèi)置模塊，第一個模塊是射頻模塊，射頻域是基于M0+內(nèi)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)議同時運行。上面是M4內(nèi)核，他們是獨立于M0+內(nèi)核的，能夠?qū)Ｗ⒂谧尶蛻羧ラ_發(fā)用戶程序，M4也是沿用之前ST的生態(tài)系統(tǒng)，基于STM32L4的IP。再來看看外面的外設(shè)，像無晶體的USB2.0在STM32其他的產(chǎn)品線上也看到過，它還支持低功耗的串口以及4線的SPI以及SAI。同時還有安全模塊，有這些安全的模塊的同時又保證兩個內(nèi)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(shè)，比如12位ADC，兩個比較器，這都是STM32固有的成熟IP，同時我們還支持ART Accelerator，使我們在Flash上的執(zhí)行不會因為閃存等待周期而降低性能。兩個內(nèi)核同時能夠訪問Flash，從而達(dá)到最高效率。 下面再讓我們仔細(xì)看一下幾個重點，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(dá)到1.8個微安（µA），這是在業(yè)界相當(dāng)?shù)偷墓摹Ｋ陉P(guān)閉模式下功耗小于50個納安（nA）。外設(shè)方面，有一個重點是SAI，我們集成了SAI，可以提供在藍(lán)牙應(yīng)用中支持音頻需求，這一需求在市場上也越來越多。另外我們也集成了QSPI的接口，實現(xiàn)了閃存擴展的可能性，客戶可以接外置的閃存，來增加系統(tǒng)的閃存容量。從工作電壓來講，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(xiàn)在我們具體來看一下雙核處理器的好處，剛才也提到了射頻端是由M0+內(nèi)核域處理的，這塊可以相對于應(yīng)用獨立出來，專門是做連接相關(guān)的工作，比如說數(shù)據(jù)上傳以及用空中下載技術(shù)（OTA）來更新射頻的協(xié)議棧。獨立的的M0+處理網(wǎng)絡(luò)任務(wù)時可以讓負(fù)責(zé)用戶應(yīng)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(jié)能模式下，我們可以保持RAM和RTC運行，這時功耗可以降到1.8個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間，這個喚醒時間會在5個微秒（µs）。 喚醒之后，就可以用主處理器，基于M4內(nèi)核的CPU，去做用戶的應(yīng)用。可以是傳感器融合的工作，也可以是處理或者控制系統(tǒng)的工作。這樣會比較靈活，同時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，同時能夠完成相應(yīng)的工作。 兩個內(nèi)核也是可以同時運行的，如果同時運行的話，我們的功耗也僅有50µA/MHz。在同時運行條件下，也能保證性能。 在有些不需要一直工作的應(yīng)用場景中，我們還有超級節(jié)能的模式，相較于節(jié)能模式，它會關(guān)閉更多的外設(shè)，達(dá)到更低的功耗，最低可以達(dá)到小于50nA，以節(jié)省電池的電量。 這里有一張圖，綠色的代表雙核產(chǎn)品在整個周期中的功耗的大小。對應(yīng)1、2、3、4、5不同的狀態(tài)，功耗也是浮動的，根據(jù)不同的應(yīng)用場景，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(lán)色或者深色的部分，就是同一應(yīng)用場景下單核產(chǎn)品的功耗，這些產(chǎn)品是沒有辦法關(guān)斷某一些外設(shè)的，它必須是長時間一直在運行，你可以看到它維持在較高的水平甚至有些更高，所以在動態(tài)條件，雙核會帶來更好的功耗表現(xiàn)。
下面看一下STM32WB一些應(yīng)用(場景)。對于一些產(chǎn)品線需要在線升級，我們可以運用STM32WB的藍(lán)牙5.0或者雙協(xié)議同時運行的模式，在此模式下用OTA來遠(yuǎn)程升級設(shè)備。受益于雙核的優(yōu)勢，這個設(shè)備的升級可以達(dá)到比較安全的固件升級等級。 第二個應(yīng)用場景就是健身和醫(yī)療或者可穿戴上的應(yīng)用，在現(xiàn)實的生活中我們可能會用藍(lán)牙連接多個設(shè)備。目前STM32WB最多可以連接8個設(shè)備，很好的應(yīng)用了5.0多點連接的優(yōu)點。我們可以看到，在可穿戴或者便攜式醫(yī)療以及健身方面，對尺寸的要求越來越小，我們有一個CSP100的微型封裝，可以保證在設(shè)計上把整個產(chǎn)品的尺寸盡量做到更小。另外一個是功耗，剛才提到STM32WB有雙核，同時它能大幅降低動態(tài)功耗，非常適合電池供電且需要長時間待機的應(yīng)用，而可穿戴的應(yīng)用正好也需要這種性能。我們即使在長時間的雙核共同運行的條件下，也是能夠達(dá)到50 µA/MHz的動態(tài)功耗性能。 剛才提到擴展的閃存容量，如今需要記錄的數(shù)據(jù)越來越多，比如說可穿戴設(shè)備的應(yīng)用。我們可以在STM32WB的外部通過QSPI去接更多外置Flash以擴展容量，同時我們?yōu)榱藴p少成本，也集成了USB2.0設(shè)備，不需要外接外部的晶體。 另外一個應(yīng)用場景是家庭安保以及音頻或者智能家居相關(guān)的應(yīng)用，由于STM32WB的靈敏度相對來說很高，有-100dBm的靈敏度，可以覆蓋比較大的區(qū)域，如覆蓋整個家庭范圍。另外它里面還集成了客戶密鑰存儲（CKS），如果是出于安全的考慮，在升級的時候可以把這些東西放在我們的安全域里面，在升級時可以保證你的應(yīng)用是可信的，授信的，再更新你的固件。 另外是藍(lán)牙信標(biāo)（Beaconing），Beaconing現(xiàn)在也是藍(lán)牙的趨勢之一，現(xiàn)在STM32WB是支持藍(lán)牙Beaconing的，同時由于STM32WB的集成度比較高，把成本降到了更低，使用戶有更低的門檻做Beaconing的應(yīng)用。我們的電流也是非常低的，在低功耗條件下，可以延長在Beaconing下電池的使用壽命。 下面一個應(yīng)用就是工業(yè)設(shè)備，在工業(yè)領(lǐng)域，對藍(lán)牙的需求與日俱增，這是因為藍(lán)牙是很方便的連接方式，可以通過不同的平板、手機來控制不同的工業(yè)設(shè)備。我們的STM32WB是工業(yè)級的，工作溫度最高可以達(dá)到105度，非常適合工業(yè)設(shè)備的應(yīng)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(shè)備，同時它喚醒時間非常短，只有5 µs。而工業(yè)設(shè)備非常講究安全性，STM32WB具有很好的安全性優(yōu)勢，能夠滿足工業(yè)應(yīng)用的需求。同時它集成了一些功能可以降低整個工業(yè)產(chǎn)品的成本。 還有一個龐大的應(yīng)用領(lǐng)域是照明，在照明方面，以前很常用的無線連接方式是ZigBee或者是THREAD。現(xiàn)在由于藍(lán)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(lán)牙的需求越來越多，但是又需要兼容原先已有的一些協(xié)議，比如說ZigBee和THREAD，我們就需要藍(lán)牙和ZigBee、THREAD同時應(yīng)用，這也是我們?yōu)槭裁丛赟TM32WB上面能夠同時支持這三種協(xié)議，而且能夠在應(yīng)用場景中能夠支持這種應(yīng)用的一個原因。所以在這方面，我們也把BLE5和Mesh做到芯片當(dāng)中，來覆蓋以前在ZigBee Mesh上的功能。
最開始我們提到了STM32WB的安全性，現(xiàn)在仔細(xì)看一下這個安全性是怎樣實現(xiàn)的，請看這個框圖，最左邊的框圖是M0+封閉的子系統(tǒng)，是安全的域，藍(lán)色的部分是M4的內(nèi)核，下面的實心深藍(lán)色是內(nèi)置的閃存空間。 這個應(yīng)用場景是遠(yuǎn)程固件升級，首先客戶會將自己的客戶密鑰存儲在最左邊的安全區(qū)域里，這是封閉的子系統(tǒng)，如果有新的固件包，我們先會把新的固件2.0放在閃存空間當(dāng)中，由M4來處理。M4首先會檢測到新的2.0固件，告訴我們有一個新的固件來了。我們的應(yīng)用處理器M4內(nèi)核會先把固件里面的簽名和密鑰發(fā)給M0+的子系統(tǒng)做驗證。如果說我們驗證的簽名和密鑰和我們內(nèi)部子系統(tǒng)里的是一致的，那更新就會繼續(xù)下去，如果發(fā)現(xiàn)它是不對的，那會停止這個更新過程。如果說密鑰是一致的，那系統(tǒng)會通過安全域的通道（灰色通道），然后再燒寫代碼，所以安全性得到了保證，整個過程都是有監(jiān)控的。
再來看一下針對物聯(lián)網(wǎng)保護的功能，特別是對于外部攻擊的防御措施。攻擊會有很多種，比如說非入侵式攻擊以及軟件攻擊，先來看一下軟件的攻擊，軟件的攻擊有多種，比如說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，或者說開放一些或者截取你升級權(quán)限的攻擊。面對這些攻擊，我們STM32WB是怎樣應(yīng)對的呢？剛才已經(jīng)提到CKS，即在M0+內(nèi)核域的用戶密鑰存儲，同時它延續(xù)了以前STM32加密的硬件引擎，比如說真隨機數(shù)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，它會在周邊環(huán)境做一些篡改，從而得到一些信號或者說注入一些錯誤信號，得到想要的信息，面對這種情況，STM32WB的內(nèi)部集成了很多傳感器或者檢測器，這種檢測器會定時的發(fā)現(xiàn)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，讓這些不好的或者說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的眾多價值，比如說低功耗、雙核、安全性，還有一個很重要一點是我們的成本，成本也不僅僅是指芯片成本，這里還有生態(tài)系統(tǒng)的成本。先來看一下芯片的成本，由于STM32WB的集成度比較高，我們把巴倫內(nèi)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(tǒng)成本可以減少許多。我們最小系統(tǒng)外部器件最少只需要6個（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(nèi)部的LCD升壓部分也是內(nèi)置，同時提供電容觸控的軟件，這樣整個電路成本會比較低。另外我們在應(yīng)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(tǒng)層面，STM32WB延續(xù)了STM32的傳統(tǒng)——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集成開發(fā)環(huán)境以及STM32Cube這塊的軟件也都是免費的。
再來看一下產(chǎn)品線，我們有多款產(chǎn)品給用戶做選擇，從管腳來看，有從最少的48腳的UQFN的封裝到最多100腳的WLCSP的封裝，內(nèi)置閃存會從最少的256K到最多的1兆。
對于生態(tài)系統(tǒng)原型開發(fā)，我們也會盡量地為工程師們做到更加方便易用。從硬件角度，首先我們會提供一個套件——NUCLEO套件，它包含一個NUCLEO板和一個USB dongle。一個上電，一個插在電腦的USB口上，就可以實現(xiàn)通訊的演示。我們可以通過STM32CubeMonRF的軟件，來監(jiān)測和計算系統(tǒng)的功耗。
我們再看看整個軟件開發(fā)過程中的工具，首先是代碼，我們用STM32CubeMX，這是ST自己提供的。在編譯和調(diào)試的集成開發(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(xiàn)在已經(jīng)被ST收購了，我們也能提供。arm 的KELL在Cortex-M0+內(nèi)核上也會免費的提供給用戶，另外還有合作伙伴IAR和MBED提供傳統(tǒng)的第三方集成開發(fā)環(huán)境。而射頻性能監(jiān)測會由STM32CubeMonRF來提供。
當(dāng)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(zhǔn)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，每年我們都會保持高價值的投資。大家熟知的三個產(chǎn)品系列，或者說三塊產(chǎn)品分區(qū)是高性能的、主流的和超低功耗的。現(xiàn)在ST最新引入了無線這條產(chǎn)品線，STM32WB是其中的主打產(chǎn)品，它是支持藍(lán)牙，支持OpenThread，支持ZigBee的芯片，也拓展了STM32在無線上更多的可能性，我們還會持續(xù)投資在無線方面，大家可以期待今后有更多的無線的集成的STM32產(chǎn)品面世。目前，現(xiàn)在我們整個的客戶數(shù)量已經(jīng)超過五萬家了。非常重要的一點是，ST現(xiàn)在致力于覆蓋所有的應(yīng)用，目前市面上從高性能到主流到低功耗以及無線的應(yīng)用ST基本都能覆蓋，對用戶來說如果想要做一個應(yīng)用，STM32一定會給你最好的選擇。 謝謝！ |
