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功耗降低十分之一且更安全,STM32U5 MCU值得推荐

关键词:STM32U5 MCU

时间:2021-10-18 16:31:33      来源:中电网

STM32的出现使得ST成为了全球领先的半导体供应商,并且成为引领市场趋势的MCU领导厂商。自2007年第一款STM32产品推出至今已走过14年的时间,如今STM32已彰显其大牌实力。至2020年,超低功耗的STM32 已累积出货 20亿颗。

STM32的出现使得ST成为了全球领先的半导体供应商,并且成为引领市场趋势的MCU领导厂商。自2007年第一款STM32产品推出至今已走过14年的时间,如今STM32已彰显其大牌实力。至2020年,超低功耗的STM32 已累积出货 20亿颗。当谈及MCU时,工程师都会想到ST的STM32系列,事实上作为普通的终端用户,或许您此时就正在使用着ST的产品,从电视、冰箱、洗衣机到扫地机器人、智能可穿戴,STM32这只蝴蝶早已飞进千家万户。

STM32 提供覆盖从高性能MCU F系列到低功耗L系列、无线W系列、以及针对工业控制发布的G系列和MPU。在来势汹汹的物联网时代,STM32系列毫不松懈,9月底再次全球同步推出STM32U5,该新品被ST定义为旗舰版超低功耗MCU。

意法半导体中国区微控制器市场及应用总监曹锦东在发布会上表示,STM32U5的发布是对STM32L系列低功耗产品的提升,倾注了ST人的努力和心血,并且花费了大量的时间研发才拥有今天的STM32U5,无论从工艺、IP、还是架构设计上均体现出其独特的创新。曹锦东以及意法半导体中国区微控制器产品市场经理彭祖年为媒体朋友们揭秘了STM32U5的庐山真面目。

曹锦东:意法半导体中国区微控制器市场及应用总监

彭祖年:意法半导体中国区微控制器产品市场经理

STM32U5诞生背景

工业从自动化到数字化的发展,离不开复杂的控制系统,MCU变得越来越重要,它可以为控制算法提供更高性能、更低能耗,以及为终端提供更具安全性、可靠性的产品。ST从客户需求上了解到,未来嵌入式智能和物联网系统要求更省电、更独立自主;另外产品尺寸变的越来越小时,半导体集成度就越来越高;同时,万物互联将带来更多的安全隐患。针对以上对单片机的需求,ST新推出了STM32U5系列。曹锦东表示,这是继STM32L4+后的又一款代表性产品,且必将刷新历史。该产品适用于包括智能流量计、健康及健身类穿戴产品、医疗监护设备、POS支付终端等应用。

STM32U5创新特性

跟随意法半导体中国区微控制器产品市场经理彭祖年的介绍让我们来了解一下STM32U5的魅力何在?

新的STM32U5系列应用高能效的Arm Cortex-M33内核,采用40nm制造技术,集成意法半导体专有的创新节能技术和片上IP,在提升系统性能的同时极大降低了功耗。新产品系列应用到各类创新设计,包括低功耗后台自主模式、先进的安全功能,并且取得PSA 3级和SESIP3安全认证、图形加速器可实现功能丰富的图形用户界面提升用户体验、在Flash工艺上增加了可擦写次数,512kb Flash可以支持到高达10万次的擦写、提供先进的高速14位模数转换器ADC、多功能数字滤波器(MDF)和音频数字滤波器(ADF),帮助用户解决一些模拟前端采样的问题。

超低功耗MCU实现无与伦比的性能

该系列产品有着独特的低功耗后台自主模式。彭经理解释说,通常当芯片进入低功耗模式时,CPU是需要断电的,但产品外部所搭载的传感器会实时地输入数据到主控芯片,在这个传输过程中,系统或CPU需要对数据进行处理。而STM32U5设置了一个独特的外设,可以将许多接口上的数据在不换醒CPU的情况下搬运进STM32U5内部的SRAM4,当数据聚齐到一定量时,再整体换醒,一次性批处理。这一改变使得系统功耗降至十分之一。可支持的外设有

• I2C3

• SPI3

• LPUART1

• ADC4(12-bit) / DAC

• ADF1(Voice Activity Detection)

• LPTIM(1,3,4)

• LPGPIO

该芯片内部还有多种灵活的功耗管理模式,结合省电小技巧可以帮助用户将产品在功耗上做到极致。例如可以通过内置SMPS降低内核电压、微秒级功耗模式切换、SRAM支持分区保存、内置Flash为双bank设计,用户可将不常用的bank在低功耗模式下断电,如此可以节省功耗40μA左右,当指令跳转到睡眠Flash ,系统自动换醒,只需等待5μA延时。或者可以将内部的Flash通过损失一些读取速度的方式去使其进入一种低功耗模式,如此可以节省45μA的能耗。

提到功耗,大家关注更多的可能是μA/MHz这是参数,但其实这并不代表系统整体功耗水平。ULPBENCH提供多项benchmark用于从不同方面体现MCU的超低功耗特性,该测评综合评估系统的运行性能如运行功耗、睡眠功耗、唤醒时功耗、外设功耗。其对STM32U5的测试结果显示,与过去几代STM32超低功耗产品相比,STM32U5系统达到了240 DMIPS 以及651 Coremark性能评分。同时为了进一步挖倔芯片性能的潜力,在该芯片上还设计了如数学运算加速器、ART 加速器这样的外设去辅助以及加速整个芯片内部运算的系统效率。

STM32U5具有丰富的片上资源,首发的STM32U575和STM32U578覆盖512 K 到2M的Flash Dual Bank,786 KB RAM;8k I-Cache和4k D-Cache ,这两块缓存除了可以加速内部Flash的读取和数据读取外,还可以通过一些外设接口加速通过SPI外扩到FLASH。

更高的信息安全特性

STM32U5是基于Cortex-M33内核,天生支持 TrustZone的架构,但ST的工程师认为,STM32U5的安全仅凭这点是不够的。因此他们在内部存储,总线,外设上都做了隔离配置和设计。除了隔离之外,还加强了更多的安全加密的功能;全程可控功能,4层保护状态机,支持密码降级豁免;针对读出保护,在STM32U5中也做了全新的更新;以及主动式防侵犯的设计,在这样的一个完整的架构下,该芯片的Secure Boot也可以让整个安全设计获到一个信任根,最终STM32U5这款产品通过PSA 3级认证,这也是STM32中第一款获得该认证的产品。

完备的生态系统资源

为了方便用户对产品的评估和研发,ST还提供全功能的评估版、IoT 探索套件、和最小系统的STM32 Nucleo ,相信关注STM32的用户对这三类的评估硬件都不陌生,值得一提的是在IoT 探索套件中,搭载多连接模式通讯和多种感知系统,可与云服务实现直连。除了STM32U585 MCU 外,还增加了许多的传感器、以及音频的麦克风、BLE模组、Wi-Fi模组等。

STM32一直为用户提供全套的软件支持从工具、嵌入式软件库到扩展包。在STM32U5上,ST和微软合作在中间件上增加了Azure RTOS 相关的补充资源,除了基于Azure RTOS ThreadX 的实时操作系统外,还通过授权拿到了Azure RTOS FileX,FAT 文件系统等支持,如存储器件上的故障容错、磨损均衡、坏块管理等。这些在最新版的CUBE软件包上均可得到支持。用户也可以从以下网址下载软件组件的更新https://github.com/STMicroelectronics/STM32Cube_MCU_Overall_Offer 。

STM32U5 的软件开发工具完美支持 Arm V8-M Cortex-M33 内核架构的应用开发过程,除了STM32CubeMX 外,今年的第四季度ST也会针对STM32U5的低功耗后台自主模式,增加IDE工具,以及STM32 烧录及测试监控工具。

上面提到过STM32U5是首款通过PSA 3级认证的芯片,PSA 3级要求芯片在安全的框架下能够支持非可变的信任根,该信任根就需要通过STM32U5上所支持的安全启动功能去达到。ST可提供参考代码帮助用户实现安全的启动和安全的加载。STM32U5除了可以将内部的服务和软件区分成可信区和非可信区外,同时也可以在软件的权限上设置管理权限和用户权限,在管理员权限下的可信区内,还会有一个TF-M本地安全服务提供给用户,包括加解密、安全存储、可信存储区初始化、证书初始化等。

STM32U5还可以提供安全的固件加载功能,该功能可保护有些用户将生产环节授权给第三方而不能做到全程控制导致的安全隐患,该新品通过内部的SFI进行保护远程量产烧录的全过程。

总结:STM32U5最大的三个特点,超低功耗、性能提升以及安全可靠,目前已有2亿颗出货量。ST微控制器过去五年中全球份额几乎翻了一倍,STM32功不可没,该系列出货量迄今超过20亿,占约25%的市场份额。最新产品STM32U5从研发到上市,ST就对该新产品充满了期望,其三大特性的汇集必将为IOT用户带来全新的体验。

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