三大能力升級 STM32U5滿足嵌入式智能系統(tǒng)的極致需求

10月26日消息（樂思）看到智能終端出現(xiàn)低電量提醒應(yīng)該是當(dāng)代人最抓狂的時(shí)刻了。健康及健身類穿戴產(chǎn)品、醫(yī)療監(jiān)護(hù)設(shè)備、POS支付終端······這些智能終端產(chǎn)品隨便哪一項(xiàng)都和我們的生活息息相關(guān)。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(guān)鍵的能力上，產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)廠商為之付出了諸多努力。

前不久，全球領(lǐng)先的半導(dǎo)體供應(yīng)商意法半導(dǎo)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(yī)療、家庭自動化和工業(yè)傳感器等對低功耗有嚴(yán)格高要求的智能應(yīng)用設(shè)備。

據(jù)了解，STM32 MCU基于高效節(jié)能的Arm^®Cortex^®-M處理器處于市場領(lǐng)先，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于家電、工業(yè)控制、計(jì)算機(jī)外設(shè)、通信設(shè)備、智慧城市及基礎(chǔ)設(shè)施等數(shù)十億個設(shè)備中。

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)曹錦東坦言，從MPU跨越到MCU的產(chǎn)品線。多年來，意法半導(dǎo)體一直以創(chuàng)新的方式去給用戶提供更多的選擇。

采用先進(jìn)且靈活的低功耗設(shè)計(jì)

最新的STM32U5被意法半導(dǎo)體視為超低功耗MCU旗艦版。當(dāng)然了解完這款產(chǎn)品之后也會認(rèn)為其也擔(dān)得起這個頭銜。

據(jù)意法半導(dǎo)體中國區(qū)微控制器產(chǎn)品市場經(jīng)理彭祖年介紹，STM32U5延續(xù)了超低功耗產(chǎn)品線的設(shè)計(jì)理念，這代的產(chǎn)品更新了內(nèi)核和工藝，采用了ARM第八代處理器的內(nèi)核Cortex-M33，同時(shí)也是基于全新的40nm工藝打造的一款產(chǎn)品。在這樣先進(jìn)工藝的協(xié)助下，主頻提升到160MHz。

彭祖年強(qiáng)調(diào)，超低功耗產(chǎn)品線一直以來是STM32非常重要的產(chǎn)品線，是戰(zhàn)略性的產(chǎn)品線。自2007年發(fā)布第一款基于Cortex-M內(nèi)核的通用單片機(jī)之后，通過兩年時(shí)間的打造，意法半導(dǎo)體將Cortex-M系列的單片機(jī)擴(kuò)展到了超低功耗領(lǐng)域。從2009年開始，迭代出了一代又一代的超低功耗的產(chǎn)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(chǎn)品。而STM32L4+是一款在中國智能運(yùn)用手表市場創(chuàng)造出奇跡的一款明星級產(chǎn)品。

“STM32U5的誕生將繼續(xù)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(yàn)。”他表示。

據(jù)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(chǎn)品上設(shè)置一個獨(dú)特的外設(shè)，可以將很多通用接口包括I2C、SPI、串口、ADC等等這些外設(shè)上的數(shù)據(jù)，在不喚醒CPU的情況下，搬運(yùn)至單片機(jī)內(nèi)部一塊SRAM4，這其中有16kB的空間，當(dāng)這些數(shù)據(jù)累計(jì)到一定數(shù)量時(shí)，再喚醒Cortex-M33內(nèi)核進(jìn)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(shè)，從外部的傳感器獲取數(shù)據(jù)，避免了中間頻繁的喚醒。通過測試發(fā)現(xiàn)，類似于經(jīng)典數(shù)據(jù)采集以及喚醒處理的模型，可以將CPU喚醒的次數(shù)變成原來的1/10。” 彭祖年稱。

除此之外，在芯片內(nèi)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(jīng)典的應(yīng)用場景是Stop模式，同時(shí)保存部分SRAM或者全部SRAM當(dāng)中的數(shù)據(jù)。這樣的狀態(tài)下，功耗是個位數(shù)的µA值。與此同時(shí)，芯片上還有更多省電的小技巧。比如，可以通過內(nèi)部的SMPS去轉(zhuǎn)換VDD和CPU內(nèi)核供電的電壓，通過這部分最佳的轉(zhuǎn)換效率達(dá)到更優(yōu)的動態(tài)能耗。在不同功耗模式下之間切換，達(dá)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(jù)實(shí)際應(yīng)用情況進(jìn)一步避免掉一些不必要的能量損失。

超低功耗MCU上實(shí)現(xiàn)無與倫比的性能

ST給STM32U5的定位是超低功耗和性能完美結(jié)合的產(chǎn)品組合。這是因?yàn)?，STM32U5在超低功耗MCU上實(shí)現(xiàn)了無與倫比的性能。

據(jù)悉，STM32U5系列擁有240 DMIPS和651 Coremark的性能評分，遠(yuǎn)超超低功耗系列的其它產(chǎn)品，同時(shí)意法半導(dǎo)體還設(shè)計(jì)了數(shù)學(xué)運(yùn)算加速器、ART加速器單元，以輔助和加速整個芯片內(nèi)部運(yùn)算系統(tǒng)的效率。

STM32U5還提升了數(shù)據(jù)存儲能力，F(xiàn)lash可以支持到高達(dá)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(jīng)量產(chǎn)，后續(xù)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(chǎn)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(diào)用，CPU在通電后就可執(zhí)行代碼，避免了前期的加載過程。該特性在落地到產(chǎn)品后，可以提升低功耗產(chǎn)品的響應(yīng)速度，避免出現(xiàn)智能手表在運(yùn)行中反應(yīng)速度遲鈍的問題，進(jìn)而提升用戶的使用體驗(yàn)。

取得PSA 3級和SESIP3安全認(rèn)證

在安全方面，STM32U5設(shè)計(jì)了層層的保護(hù)。首先，它是基于Cortex-M33的內(nèi)核，天生支持TrustZone這樣的隔離架構(gòu)，但在STM32U5這款產(chǎn)品上，單單內(nèi)核的隔離或TrustZone的支持是不夠的。

彭祖表示，ST針對于產(chǎn)品內(nèi)部的存儲、總線以及外設(shè)都做了隔離配置的設(shè)計(jì)。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(hù)狀態(tài)機(jī)。存儲保護(hù)我們也做了全新的更新，針對內(nèi)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(shè)計(jì)等等。在這樣的完整的安全設(shè)計(jì)下，我們的Secure Boot安全啟動也可以讓用戶的安全架構(gòu)設(shè)計(jì)能夠獲得不可變的穩(wěn)定的信任根。最終，我們的產(chǎn)品可以通過PSA Level3的認(rèn)證。這也是目前所有STM32產(chǎn)品當(dāng)中首款可以通過三級安全認(rèn)證的產(chǎn)品。

據(jù)悉，STM32U5目前所量產(chǎn)的產(chǎn)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(qū)別，總共量產(chǎn)的型號達(dá)到24款。為了方便用戶在STM32U5的平臺上進(jìn)行產(chǎn)品的評估以及研發(fā)，和其他的STM32產(chǎn)品一樣，意法半導(dǎo)體提供了全功能的評估板以及IoT探索套件和最小系統(tǒng)的STM32 Nucleo。

值得一提的是，STM32U5的安全性通過了PSA Level3的認(rèn)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(fā)揮功能。針對于這樣的安全啟動特性，意法半導(dǎo)體也為用戶提供了相關(guān)的參考代碼，可以幫助用戶實(shí)現(xiàn)相關(guān)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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