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    2021/10/26 17:16

    三大能力升級 STM32U5滿足嵌入式智能系統的極致需求

    C114通信網  樂思

    C114訊 10月26日消息(樂思)看到智能終端出現低電量提醒應該是當代人最抓狂的時刻了。健康及健身類穿戴產品、醫療監護設備、POS支付終端······這些智能終端產品隨便哪一項都和我們的生活息息相關。而在平衡智能終端低功耗和性能提升以及安全保證三大微妙但關鍵的能力上,產業鏈相關廠商為之付出了諸多努力。

    前不久,全球領先的半導體供應商意法半導體推出了新一代超低功耗微控制器STM32U5系列,以滿足穿戴、個人醫療、家庭自動化和工業傳感器等對低功耗有嚴格高要求的智能應用設備。

    據了解,STM32 MCU基于高效節能的Arm®Cortex®-M處理器處于市場領先,已經被廣泛應用于家電、工業控制、計算機外設、通信設備、智慧城市及基礎設施等數十億個設備中。

    意法半導體中國區微控制器事業部市場及應用總監曹錦東坦言,從MPU跨越到MCU的產品線。多年來,意法半導體一直以創新的方式去給用戶提供更多的選擇。

    采用先進且靈活的低功耗設計

    最新的STM32U5被意法半導體視為超低功耗MCU旗艦版。當然了解完這款產品之后也會認為其也擔得起這個頭銜。

    據意法半導體中國區微控制器產品市場經理彭祖年介紹,STM32U5延續了超低功耗產品線的設計理念,這代的產品更新了內核和工藝,采用了ARM第八代處理器的內核Cortex-M33,同時也是基于全新的40nm工藝打造的一款產品。在這樣先進工藝的協助下,主頻提升到160MHz。

    彭祖年強調,超低功耗產品線一直以來是STM32非常重要的產品線,是戰略性的產品線。自2007年發布第一款基于Cortex-M內核的通用單片機之后,通過兩年時間的打造,意法半導體將Cortex-M系列的單片機擴展到了超低功耗領域。從2009年開始,迭代出了一代又一代的超低功耗的產品平臺,其中包括了入門級的STM32L0,以及基于Cortex-M4系列的L4系列產品。而STM32L4+是一款在中國智能運用手表市場創造出奇跡的一款明星級產品。

    “STM32U5的誕生將繼續刷寫這樣的歷史,基于目前2億顆的出貨量,以及廣大的用戶群,STM32U5將帶來完全不同的新的體驗。”他表示。

    據悉,針對低功耗方面,STM32U5還有一個比較特殊的功能——低功耗后臺的自主模式。通過在產品上設置一個獨特的外設,可以將很多通用接口包括I2C、SPI、串口、ADC等等這些外設上的數據,在不喚醒CPU的情況下,搬運至單片機內部一塊SRAM4,這其中有16kB的空間,當這些數據累計到一定數量時,再喚醒Cortex-M33內核進行一次性的批處理。

    “也就是說,不需要頻繁地喚醒CPU,可以只使能外設,從外部的傳感器獲取數據,避免了中間頻繁的喚醒。通過測試發現,類似于經典數據采集以及喚醒處理的模型,可以將CPU喚醒的次數變成原來的1/10。” 彭祖年稱。

    除此之外,在芯片內部功耗管理中,也有有更多靈活的功耗模式可供選擇,比較經典的應用場景是Stop模式,同時保存部分SRAM或者全部SRAM當中的數據。這樣的狀態下,功耗是個位數的µA值。與此同時,芯片上還有更多省電的小技巧。比如,可以通過內部的SMPS去轉換VDD和CPU內核供電的電壓,通過這部分最佳的轉換效率達到更優的動態能耗。在不同功耗模式下之間切換,達到微秒級的切換速度。包括SRAM和Flash都選擇,究竟要保留多少的空間,用戶可以根據實際應用情況進一步避免掉一些不必要的能量損失。

    超低功耗MCU上實現無與倫比的性能

    ST給STM32U5的定位是超低功耗和性能完美結合的產品組合。這是因為,STM32U5在超低功耗MCU上實現了無與倫比的性能。

    據悉,STM32U5系列擁有240 DMIPS和651 Coremark的性能評分,遠超超低功耗系列的其它產品,同時意法半導體還設計了數學運算加速器、ART加速器單元,以輔助和加速整個芯片內部運算系統的效率。

    STM32U5還提升了數據存儲能力,Flash可以支持到高達10萬次的擦寫。此外,該平臺可覆蓋從128K一直到4M的Flash,目前覆蓋512K到2M Flash空間的STM32U575和STM32U585已經量產,后續還將會推出更大容量版本,以及更小更精簡的低成本STM32U5的產品。

    值得注意的是,由于該Flash為Embedded NOR Flash,該Flash上的程序可直接被CPU調用,CPU在通電后就可執行代碼,避免了前期的加載過程。該特性在落地到產品后,可以提升低功耗產品的響應速度,避免出現智能手表在運行中反應速度遲鈍的問題,進而提升用戶的使用體驗。

    取得PSA 3級和SESIP3安全認證

    在安全方面,STM32U5設計了層層的保護。首先,它是基于Cortex-M33的內核,天生支持TrustZone這樣的隔離架構,但在STM32U5這款產品上,單單內核的隔離或TrustZone的支持是不夠的。

    彭祖表示,ST針對于產品內部的存儲、總線以及外設都做了隔離配置的設計。除了隔離之外,STM32U5還增加了更多的安全加密的功能,以及全程可控的多層保護狀態機。存儲保護我們也做了全新的更新,針對內部存儲防篡改,我們增加了OTP這樣的空間,還有更多的主動式防侵犯的active tamper的設計等等。在這樣的完整的安全設計下,我們的Secure Boot安全啟動也可以讓用戶的安全架構設計能夠獲得不可變的穩定的信任根。最終,我們的產品可以通過PSA Level3的認證。這也是目前所有STM32產品當中首款可以通過三級安全認證的產品。

    據悉,STM32U5目前所量產的產品包括了8種不同的封裝,有1M和2M Flash存儲的配置,還可以選擇硬件加密和非硬件加密的支持區別,總共量產的型號達到24款。為了方便用戶在STM32U5的平臺上進行產品的評估以及研發,和其他的STM32產品一樣,意法半導體提供了全功能的評估板以及IoT探索套件和最小系統的STM32 Nucleo。

    值得一提的是,STM32U5的安全性通過了PSA Level3的認證,針對PSA Level3的要求,芯片在安全的框架下還需要一個非可變的信任根。有了這個信任根,STM32U5上所支持的安全啟動才能基于這個安全的根基發揮功能。針對于這樣的安全啟動特性,意法半導體也為用戶提供了相關的參考代碼,可以幫助用戶實現相關的安全啟動以及安全的固件加載和安全的固件更新。

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    寫得不太好

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