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意法半導體新STM32系列產品兼具安全、易用、延續性 優化成本/性能

本文作者:陳慧芬       點擊: 2023-04-10 08:05
前言:
照片(左至右)意法半導體亞太區(不含中國區)微控制器和數位IC產品部通用微控制器資深產品行銷經理 楊正廉、通用微控制器技術行銷經理王柏雄、無線微控制器技術行銷經理  張耀升、無線微控制器資深行銷經理Olivier LARDY、亞太區(不含中國區)微處理器市場與應用資深技術行銷經理Alexandre MENGEAUD

   ST在2021年通用微控制器穩站全球排名第一名。在各個領域都有非常高的成長,特別是在工業領域,ST擁有超過50%的市佔率。從2021年到2026年有幾個市場驅動力,像是主要的家電,以及製造與自動化,包括提升能源效率的應用,例如伺服器電源(Server Power)、儲能系統、馬達控制、電動工具等等。在智慧大樓與智慧家庭則歸類在智慧大樓的應用。

 
     為了讓ST持續維持全球領先的定位,除了開發一系列高效能的STM32 MCU之外(STM32C0、U5或H5),ST也延伸至不同的領域,例如無線的產品和微處理器(STM32WBA、STM32U5、STM32H5,以及STM32MP1)等。同時,ST在生態系統和解決方案也加入AI應用,以支援客戶需求,包括Cube.AI有更完善的安全性,以及大家所熟悉的TouchGFX圖形介面。 
 
     意法半導體亞太區(不含中國區)微控制器和數位IC產品部通用微控制器資深產品行銷經理 楊正廉表示,MCU需要工程人員撰寫韌體,加入他們的創意,才能讓MCU能發揮該有的功能。而STM32Cube正是在開發的過程中起到一個重要關鍵。ST除了推出很多能與STM32Cube搭配使用的開發板,其他周邊相關元件和資源,例如感測器、MCU I/O的設定,還有不同應用的資料庫、MEMS,以及用來人臉辨識的ToF感測器,都包含在STM32Cube的軟體中。ST希望藉由豐富的生態系統與軟硬體支援,讓客戶優先選擇STM32開發平台。
      

     STM32未來成長的方向聚焦在安全,還有包括在Node端和雲端的無線連接,以及進階的人工智慧(AI)。ST將持續投入更多資源以提供客戶更好的支援,在法國Crolles跟義大利Agrate廠持續擴大產能。從現在到2025年預計可以提升兩倍的產能。而ST也與台灣晶圓廠合作,特別是90奈米和40奈米的製程,確保供貨穩定。

無縫地從8bit移轉到32bit的MCU
從消費電子到家電都會使用到微控制器,並利用遙控器進行一些控制,這些功能的進化帶動了MCU使用率的提升。以往這些應用8bit MCU就已經足夠 ,但隨著技術和需求提升,ST認為從8bit MCU移轉到32bit是一個必然的潮流。然而,在轉換的過程中,開發者將經過一個陣痛期,這就是ST推出 STM32C0 MCU的原因,希望能幫助開發者無縫地從8bit移轉到32bit的MCU。

意法半導體亞太區(不含中國區)微控制器和數位IC產品部通用微控制器技術行銷經理王柏雄表示,「下一代智慧電器和工業控制設備必須兼具易於使用、具競爭力的價格,以及供貨保障等優勢。透過滿足這些需求,新STM32C0產品通用型入門級MCU為8位元/16位元應用領域導入一個激動人心的選項,並為範圍廣泛而強大的STM32生態系統帶來額外優勢。

STM32C0繼承了STM32 優良品質和可信賴性。 STM32C0大致與已經量產的STM32G0相容。無論在生態系統、腳位分布(Pinout),都可以讓開發者在兩者之間無縫轉移。又或者是因成本減少,而需要從STM32G0轉移至STM32C0也能輕鬆轉移。ST目標應用,包括了家電、風扇,還有煙霧偵測器等。特別是煙霧偵測器這種非常低價的產品,以往來說對開發者而言,優先選擇8bit的MCU,但是ST建議現在立刻行動,以成本效益更高的STM32C0來取代。提供多達9種封裝的尺寸,包括QFN、SO8N,以及最小的WLCSP12。

 
一般傳統的MCU可能有多組Power Pairs,另外還需要一個外部的振盪器。在STM32C0,則減少為一組Power Pair,其他的腳位分布就可以拿來作為其他用途,例如 GPIO。 
 
王柏雄表示,STM32C0跟G0大部分的封裝都是Pin to Pin,兩者都是90奈米。另外,大部分的IP都是相容的,所以STM32C0能與G0完美接軌。相較G0,STM32C0提供的是48MHz的頻率。STM32F0的頻率就是48MHz,也因此,STM32C0並沒有犧牲太多的效能。另外在電壓的部分,現在主流的設計是3.3伏特,我們將低電壓支援的部分稍微提升,並將空間縮小範圍縮小至2伏特到3.6伏特。 如此同樣可以滿足目前大部分客戶所需的規格。

STM32H5微控制器:提升下一代智慧應用的性能和安全性
STM32H5內建的是Cortex-M33內核心,其運行頻率達250MHz。這是市面上第一個能夠達到250MHz的Cortex-M33的產品。那另外一個要強調的特色就是安全性。ST利用模組化的設計,讓沒有專業背景的開發者,也能迅速地利用模組化的方式,完成具安全性設計的目標。STM32H5承襲STM32H7最新優化的40奈米的製程技術。同時,還提供內建高達2MB的記憶體空間,以及多種類比和數位的周邊選擇。

王柏雄指出運行在250MHz的頻率足已符合大部分工業自動化的應用。此外,H5還具有高達2MB的內建記憶體。ST近期推出多款MCU皆支援到高達125度的溫度,代表著ST看重工業相關的應用。而工業4.0另外一個特色是要能符合安全。STM32H5已經通過 PSA跟SESIP第三級的認證。 在連結性的部分,除了工業常會用到的Ethernet之外,STM32H5在STM32產品組合中是第一顆支援MIPI-I3C的MCU。在未來感測器傳輸速度越來越快的狀況下,這樣的周邊支援是有必要的。此外,STM32H5將FMAC和 Cordic的數學運算加速器內建在MCU裡,使其更適用於數位電源或是馬達控制,使用額外的運算加速器可以減少CPU的負荷。

 
STM32H5雖然是高效能的微控制器,但也非常適用在IoT的應用。無論是智慧家庭、工業物聯網等,即使STM32H5的運行頻率高達250MHz,但其功耗每MHz只有61µA,這已經達到IoT裝置的標準。STM32H5目標瞄準的一些應用程式 ,包括智慧家庭、智慧城市、工廠自動化,還有消費性的產品,都是H5所著眼的應用。
 
STM32H5另一個很大的變革, 就是如何做到安全功能。STM32H5已通過 SESIP和PSA 第三級的認證。在目前STM32的產品組合之中,已是最高等級的認證。

王柏雄指出,通常工程師會想知道如何在尚未開發過安全機制的情況之下,快速地達到客戶的要求,ST所提供的方案就是Secure Manager(安全管理器):ST-uRoT跟ST-iRoT。ST的安全的服務會提供開發者套件和圖形使用者介面的工具。「ST-iRoT」是內容不可變動的開機信任根,而「ST-uRoT」則是日後可更新的信任根。當ST出貨給客戶的時候,希望開發者在使用ST提供的方案時盡量不要去變動裡面的內容,如此一來客戶的產品才有較高機會通過PSA或是SESIP的認證。
  
STM32H5是市面上首款可透過產業標準API存取系統晶片(SoC)安全服務的MCU系列。Secure Manager的工具省去開發者自行撰寫安全程式碼的過程,同時提供根據現有之最佳實踐開發的安全服務。該工具在確保有效保護的同時,簡化應用開發。

STM32MP13微處理器兼具易用、低功耗和安全特點
節約能源、降低運營成本、提升安全性、改善使用者體驗是智慧建築、工廠自動化和智慧城市的主要發展趨勢。而因應此一趨勢之最新應用,例如工業自動化、通訊閘道、終端支付設備、家電和控制台,要求處理器必須具備更高的軟體執行能力、更低功耗、更強化的安全性和先進功能。
 
 
意法半導體MPU產品家族迎來新成員STM32MP13 MPU。新微處理器兼顧功耗、價格和性能等優勢,目標瞄準性能要求高於典型高階嵌入式微控制器的應用。亦支援最新物聯網裝置安全保護功能,可加速終端產品取得現今最先進的安全標準認證。

王柏雄表示,MP13是一個非常新的變革,相較以往的STM32MP15,將STM32MPU的效能提升到1GHz,同時具備A7核心。不過Cortex-M4核心被移除。MP13承襲了MP15的資源,所以其開發生態系統完全相同。同時也提供不同PCB佈局的參考設計,這些都可以從網路上下載。另外MP13的功耗已做了最佳化的設計,所以在待機或VBAT模式相較競爭對手可節省高達90%的功耗。

安全功能是STM32MP13微處理器特別強調的重點。針對外接的記憶體可加解密傳輸來形成一道保護。ST提供了具硬體加解密功能和沒有硬體加解密功能的不同料號選擇。在整個產品生命週期裡,ST也提供了平台認證的作法 。
 
 
由於Cortex-A7具有TrustZone ,所以開發者的程式碼可以很容易隔離,以避免權限不足的應用程式存取到權限等級比較高的應用程式,這是 TrustZone的精神所在。再搭配ST原來的生態系統,所以MP13 實際上已達到SESIP第三級,甚至做了支付卡產業PTS/POI 6.0預先認證,以及PSA第一級的認證。

STM32MP13現在支援不同作業系統的操作方式。Linux已無法滿足馬達控制對延遲的要求。所以,ST在MP13上增加了Linux-RT的支援,可以滿足PLC、可程式控制的工廠自動化應用。此外,ST提供HAL(硬體抽象層) 程式庫,可以讓開發者跟微控制器一樣操作。如果客戶不熟悉Azure RTOS,開發者也可以使用自己熟悉的RTOS。

王伯雄表示,在STM32微處理器的產品藍圖中,未來還會增加更多具備多媒體以及AI引擎的下一代微處理器。我在這邊想強調的是,除了建構工具增加了BuildRoot之外,LTS(長期支援版本)仍然維持至少兩年的支援。

微處理器與微控制器之不同
   亞太區(不含中國區)微處理器市場與應用資深技術行銷經理Alexandre MENGEAUD表示,STM32MP13和STM32H5是兩種不同的產品。STM32MP135微處理器,可以運行像是Linux操作系統。因此,其應用與微控制器不同。微處理器通常提供更好的性能、更大的記憶體容量,以及更多的圖形運算能力;另方面,微控制器是非常整合式的元件,其嵌入了記憶體(快閃記憶體、RAM)和電源,通常能提供更佳即時能力。因此,MPU和MCU適用於不同類型的應用,開發人員可根據需求選擇適合的產品。
 
舉一個來自工業4.0的例子來看,感測器收集數據的設備通常會搭配微控制器使用。但是,如果設備需要連接到雲端,並像閘道器一樣擁有許多無線連接,那麼具備微處理器的閘道器會更好。微控制器具有像Linux的操作系統,可以輕鬆地處理所有通訊,因為操作系統原生支援該技術。因此,微控器和微處理器是兩種不同的產品,雖然在規格上可能會看到一些重疊,但最終應用是不同的。

STM32WBA無線微控制器為物聯網裝置量身打造
    IoT主要有三大趨勢,第一個是產品越來越自動化,更高的整合度,而最後一個則是具備更高的安全性。對ST而言,如何因應這些趨勢並為客戶提供更多服務。
 
STM32WBA 使用現有的STM32U5核心,因為U5在同級系列產品線中,具備最高的DMPIS和最低的功耗。此外,使用U5再加上2.4G的接收器,以及BLE 5.3 ,在安全性方面,除了SESIP之外,ST提供TrustZone和DPA resistant,形成現在推出的WBA產品。
 
    新產品STM32WBA52微控制器的上市為開發者在下一代物聯網裝置中增加無線連接、降低功耗、加強網路保護,以及提升邊緣運算能力等功能提供了便利性。
 
 
意法半導體亞太區(不含中國區)微控制器和數位IC產品部無線微控制器技術行銷經理張耀升表示,ST將SESIP第三級和BLE 5.3的技術結合在一起,推出STM32WBA產品線,讓它具有非常高的安全性。此外,WBA產品支援10dBm的輸出功率,有了更強的輸出功率,就能確保資訊連結傳輸速度更加穩定。在元件的部分,ST將Balance、Unbalance,以及一些外部元件通通往內移,讓客戶更加容易開發。另外強調的是WBA採用40奈米的製程,這代表當我們啟動運作的時候,如果有一個更新的製程,其在啟動模式的功耗就會更加節省。

由於安全性是WBA最重要的特點,在使用Cortex-M33核心,搭配ST的韌體之後,可以達到安全啟動,資料安全更新並符合Arm TEE TF-M等級的產品。在網路攻擊非常頻繁的時代,對於網路的憑證、網路的金鑰,或個人安全資料都有機敏的顧慮,而WBA就會是客戶最好的選擇。

意法半導體亞太區(不含中國區)微控制器和數位IC產品部無線微控制器資深行銷經理Olivier LARDY表示,「支援Zigbee和Tread的WPA產品已在計畫之中,而之前的STM32WB產品就已經支援了Zigbee和Thread協議。在接下來的一年中,我們會率續推出新產品。現在我們推出的是STM32WBA52,很快會有其他型號。這些即將推出的產品將提供額外的功能,如Zigbee、Thread、低功耗藍牙音訊、AOA-AOD等等。」
 
    此外,ST的生態系統,也將STM32WBA加入STM32Cube中。在評估板上,ST使用了模組設計,將其安裝在現有的Nucleo 板上面就可以幫助客戶無痛升級,只要增加一個小卡,即可開始進行測試。完整又豐富的生態系統可以幫助客戶輕鬆使用,並快速地將新產品導入市場。

    STM32WBA目標應用包括智慧家庭、工業照明、感測器、電氣開關、閘道和攜帶式醫療裝置。

過去一年ST做了甚麼?
楊正廉表示,在過去短短一年內ST花費許多心力在幾個重要的產品與技術上。第一個是,第一顆CP值超越8位元的微控制器STM32C0。多年前我們就在強調,未來希望以32位元平台,涵蓋8位元、16位元產品的需求。現在,STM32的32位元的微控制器就可以覆蓋所有的產品和應用。

第二個重點產品是第一個BLE MCU:STM32WBA,其能支援SESIP第三級和PSA安全認證。ST是第一個能提供TEE解決方案認證和維護的MCU供應商。

最重要的,就是ST也建構AI環境雲端來支援開發者。關於STM32Cube,ST會持續與更多的合作夥伴攜手把生態系統變的資源變得更完整和豐富 ,以延伸到不同的應用領域中,進而讓開發者永遠都第一個優先選擇STM32平台進行開發新產品和新設計。

另外,ST將會努力增加產能,讓客戶在選用STM32的產品可以安心量產。而且STM32的每個產品均保證交貨10年以上,每年甚至會再重新一次renew一次。只要客戶持續使用ST的產品,我們就會再支援客戶下一個10年。

 
 

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