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我們知道，意法半導(dǎo)體公司（STMicroelectronics，簡(jiǎn)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(huì)上，意法半導(dǎo)體中國區(qū)微控制器事業(yè)部市場(chǎng)及應(yīng)用總監(jiān)曹錦東先生說，STM32WB的面世宣告ST正式進(jìn)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(huì)上，意法半導(dǎo)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(xì)介紹了STM32WB的性能、特色和優(yōu)勢(shì)。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(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(hù)，因?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)的安全非常重要，所以這款產(chǎn)品有很多保護(hù)以及安全的性能集成在里面。第四,對(duì)中國市場(chǎng)或者全球市場(chǎng)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(jī)的概念），以減少整個(gè)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(diǎn)，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(diǎn)是十年的供貨保證，這是長期以來對(duì)客戶的承諾。
先看第一點(diǎn)，第一點(diǎn)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(gè)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(shí)也支持5.0的Mesh技術(shù)，從而提高網(wǎng)絡(luò)的覆蓋面。 因?yàn)檫@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(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(yùn)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(duì)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(yù)算會(huì)低至到102dB，同時(shí)對(duì)于成本敏感的應(yīng)用，我們也有很好的考量，因?yàn)樗啥雀撸热纾诩闪税蛡悾ㄆ胶馄鳎┖螅覀兘档土苏麄�(gè)物料清單成本。
因?yàn)镾TM32WB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(lán)牙5.0，或者同時(shí)使用藍(lán)牙5.0和Thread，又或是Thread和ZigBee以及同時(shí)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(shí)處理用戶應(yīng)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(diào)物理上對(duì)資源的要求，同時(shí)對(duì)開發(fā)者來說，開發(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)間長以及功耗增加。對(duì)于射頻應(yīng)用來說，功耗提高也是比較頭疼的事情。同時(shí)由于現(xiàn)在單核的芯片的資源相對(duì)來說較少，在做應(yīng)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(duì)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(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(tǒng)成本上有所降低，同時(shí)可以加速客戶開發(fā)面市的時(shí)間。
現(xiàn)在仔細(xì)看一下STM32WB內(nèi)置模塊，第一個(gè)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(shí)運(yùn)行。上面是M4內(nèi)核，他們是獨(dú)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(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(nèi)核的域是相對(duì)獨(dú)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(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?cè)贔lash上的執(zhí)行不會(huì)因?yàn)殚W存等待周期而降低性能。兩個(gè)內(nèi)核同時(shí)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(gè)重點(diǎn)，第一，超低功耗。在停止模式下，射頻待機(jī)，保持256K的RAM條件下，能達(dá)到1.8個(gè)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(gè)納安（nA）。外設(shè)方面，有一個(gè)重點(diǎn)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(chǎng)上也越來越多。另外我們也集成了QSPI的接口，實(shí)現(xiàn)了閃存擴(kuò)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(duì)于應(yīng)用獨(dú)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(dú)立的的M0+處理網(wǎng)絡(luò)任務(wù)時(shí)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(yùn)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(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(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(yīng)的工作。 兩個(gè)內(nèi)核也是可以同時(shí)運(yùn)行的，如果同時(shí)運(yùn)行的話，我們的功耗也僅有50µA/MHz。在同時(shí)運(yùn)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(chǎng)景中，我們還有超級(jí)節(jié)能的模式，相較于節(jié)能模式，它會(huì)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(gè)周期中的功耗的大小。對(duì)應(yīng)1、2、3、4、5不同的狀態(tài)，功耗也是浮動(dòng)的，根據(jù)不同的應(yīng)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(lán)色或者深色的部分，就是同一應(yīng)用場(chǎng)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(shí)間一直在運(yùn)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)帶來更好的功耗表現(xiàn)。
下面看一下STM32WB一些應(yīng)用(場(chǎng)景)。對(duì)于一些產(chǎn)品線需要在線升級(jí)，我們可以運(yùn)用STM32WB的藍(lán)牙5.0或者雙協(xié)議同時(shí)運(yùn)行的模式，在此模式下用OTA來遠(yuǎn)程升級(jí)設(shè)備。受益于雙核的優(yōu)勢(shì)，這個(gè)設(shè)備的升級(jí)可以達(dá)到比較安全的固件升級(jí)等級(jí)。 第二個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景就是健身和醫(yī)療或者可穿戴上的應(yīng)用，在現(xiàn)實(shí)的生活中我們可能會(huì)用藍(lán)牙連接多個(gè)設(shè)備。目前STM32WB最多可以連接8個(gè)設(shè)備，很好的應(yīng)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(yī)療以及健身方面，對(duì)尺寸的要求越來越小，我們有一個(gè)CSP100的微型封裝，可以保證在設(shè)計(jì)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時(shí)間待機(jī)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(shí)間的雙核共同運(yùn)行的條件下，也是能夠達(dá)到50 µA/MHz的動(dòng)態(tài)功耗性能。 剛才提到擴(kuò)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(kuò)展容量，同時(shí)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(gè)應(yīng)用場(chǎng)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(duì)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(gè)家庭范圍。另外它里面還集成了客戶密鑰存儲(chǔ)（CKS），如果是出于安全的考慮，在升級(jí)的時(shí)候可以把這些東西放在我們的安全域里面，在升級(jí)時(shí)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(shì)之一，現(xiàn)在STM32WB是支持藍(lán)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(gè)應(yīng)用就是工業(yè)設(shè)備，在工業(yè)領(lǐng)域，對(duì)藍(lán)牙的需求與日俱增，這是因?yàn)樗{(lán)牙是很方便的連接方式，可以通過不同的平板、手機(jī)來控制不同的工業(yè)設(shè)備。我們的STM32WB是工業(yè)級(jí)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(shí)它喚醒時(shí)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(shì)，能夠滿足工業(yè)應(yīng)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(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(duì)手機(jī)而言，大家對(duì)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(shí)應(yīng)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(yīng)用場(chǎng)景中能夠支持這種應(yīng)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(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(gè)安全性是怎樣實(shí)現(xiàn)的，請(qǐng)看這個(gè)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(shí)心深藍(lán)色是內(nèi)置的閃存空間。 這個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景是遠(yuǎn)程固件升級(jí)，首先客戶會(huì)將自己的客戶密鑰存儲(chǔ)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(huì)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(huì)檢測(cè)到新的2.0固件，告訴我們有一個(gè)新的固件來了。我們的應(yīng)用處理器M4內(nèi)核會(huì)先把固件里面的簽名和密鑰發(fā)給M0+的子系統(tǒng)做驗(yàn)證。如果說我們驗(yàn)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(huì)繼續(xù)下去，如果發(fā)現(xiàn)它是不對(duì)的，那會(huì)停止這個(gè)更新過程。如果說密鑰是一致的，那系統(tǒng)會(huì)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(gè)過程都是有監(jiān)控的。
再來看一下針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)保護(hù)的功能，特別是對(duì)于外部攻擊的防御措施。攻擊會(huì)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(yàn)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(jí)權(quán)限的攻擊。面對(duì)這些攻擊，我們STM32WB是怎樣應(yīng)對(duì)的呢？剛才已經(jīng)提到CKS，即在M0+內(nèi)核域的用戶密鑰存儲(chǔ)，同時(shí)它延續(xù)了以前STM32加密的硬件引擎，比如說真隨機(jī)數(shù)以及加密加速器、讀保護(hù)、存儲(chǔ)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(hào)或者說注入一些錯(cuò)誤信號(hào)，得到想要的信息，面對(duì)這種情況，STM32WB的內(nèi)部集成了很多傳感器或者檢測(cè)器，這種檢測(cè)器會(huì)定時(shí)的發(fā)現(xiàn)不正常的信號(hào)，然后做一些報(bào)警、奇偶校驗(yàn)或者JTAG讀出保護(hù)，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不正常的信號(hào)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(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(fèi)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(gè)（包括晶體）。 我們外置晶體用得很少，我們可以用單晶體運(yùn)行。另外保證內(nèi)部的LCD升壓部分也是內(nèi)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?cè)趹?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(fèi)，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(fèi)。另外IDE集成開發(fā)環(huán)境以及STM32Cube這塊的軟件也都是免費(fèi)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(huì)從最少的256K到最多的1兆。
對(duì)于生態(tài)系統(tǒng)原型開發(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(xiàn)通訊的演示。我們可以通過STM32CubeMonRF的軟件，來監(jiān)測(cè)和計(jì)算系統(tǒng)的功耗。
我們?cè)倏纯凑麄�(gè)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(huì)免費(fèi)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(cè)會(huì)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?cè)诓煌钠脚_(tái)上，如平板手機(jī)、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(huì)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(gè)的客戶數(shù)量已經(jīng)超過五萬家了。非常重要的一點(diǎn)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(duì)用戶來說如果想要做一個(gè)應(yīng)用，STM32一定會(huì)給你最好的選擇。 謝謝！ |
