ST在新品MCU上做了哪些改進

數(shù)字化趨勢正在驅(qū)動著整個設(shè)備的增長，未來會有更多安全鏈接到云端，在設(shè)備端更加智能的處理。與此同時，數(shù)字化也會帶來更大的32位MCU的增長。已經(jīng)連續(xù)好幾年未曾推出新品的ST（意法半導(dǎo)體），最近一次性推出了多款面向新時代需求的STM32 MCU新產(chǎn)品。

意法半導(dǎo)體微控制器和數(shù)字IC產(chǎn)品部MDG亞太區(qū)、物聯(lián)網(wǎng)/人工智能創(chuàng)新中心及數(shù)字營銷副總裁朱利安表示：“隨著智能化和數(shù)據(jù)化的增長，整個MCU的市場增長是超過GDP兩到三倍的。對于MCU來講，未來我們會加倍我們的產(chǎn)能。ST計劃未來達到200億美元的目標，我們的遠景規(guī)劃中將會重點聚焦MDG和數(shù)字產(chǎn)品。這些新品的發(fā)布，也代表著ST將進入一個新時代！”

工控業(yè)需求強勁，MPU是重點

ST的MCU從最初到現(xiàn)在，包括未來，工業(yè)控制都是最重要的應(yīng)用領(lǐng)域。ST此次發(fā)布的MCU新品中，有兩款主要是用于工業(yè)控制領(lǐng)域的，即適用于工業(yè)類應(yīng)用中有更高性能要求和信息安全要求的STM32H5，和具有超高性價比的工業(yè)級通用MPU產(chǎn)品STM32MP13。

據(jù)介紹，全新推出的STM32MP13，內(nèi)置Cortex-A7，最高主頻可以達到1GHz，DRAM支持533MHz時鐘，最寬的結(jié)溫范圍是-40至+125度。STM32MP13具有三大特點：易用、安全、低功耗。

在易應(yīng)用性方面，MP13在軟件上支持OpenSTLinux，并且擴展了實時功能，即支持Linux-RT的X-LINUX-RT擴展包，此外還支持RTOS和Bare Metal，用戶可以方便的使用STM32MP13開發(fā)基于裸機和RTOS實時操作系統(tǒng)的應(yīng)用。在硬件方面，提供開發(fā)板及涵蓋各個封裝的PCB參考設(shè)計，可以實現(xiàn)硬件配置，包含引腳配置、時鐘樹配置以及DRAM微調(diào)等，還有STM32CubeProgrammer，可以實現(xiàn)對于片外Flash固件的升級以及對OTP編程和密鑰生成等。

在安全方面，MP13內(nèi)置了強大的安全功能，包括內(nèi)存保護，可以防止非法的訪問與控制，硬件加密算法，可以增強硬件穩(wěn)健性，還有基于TrustZone的代碼隔離，可以用于運行保護。此外還有貫穿產(chǎn)品全生命周期的安全認證，包含SESIP Level3認證、支付行業(yè)的PCI PTS 6.0認證，還有ARM的psacertified認證。還可提供完整的安全生態(tài)系統(tǒng)支持，包括基于OP-TEE的可信執(zhí)行，用于Cortex-A的可信固件TF-A，不可更改的永久信任根，用于MPU STM32Cube框架支持，以及安全密鑰設(shè)置，還有第三方合作伙伴安全相關(guān)的解決方案。

在低功耗方面，在各種低功耗模式下功耗表現(xiàn)出色，比如在STOP模式下可以低至11mW；在待機模式，如果外部的備用RAM以及clock關(guān)閉的情況下，可以低至12微瓦。

除了STM32MP13，另一款用于工業(yè)控制領(lǐng)域的高性能STM32H5 MCU，它是基于Cortex-M33內(nèi)核，主頻高達250MHz，從STM32F4 (Cortex-M4@180MHz)到STM32H5，性能提升20%左右。意法半導(dǎo)體MDG 中國區(qū)通用微控制器事業(yè)部技術(shù)市場高級經(jīng)理何荻凡介紹說：“更靈活、可擴展的安全性是STM32H5的主打特色。”STM32H5中增加了FMAC與Cordic兩個數(shù)學加速器，還增加了開關(guān)模式電源的選項，能夠在 250MHz 運行過程中做到66微安，實現(xiàn)優(yōu)化成本/性能之間的平衡。此外，STM32H5基于ST優(yōu)化的40nm工藝，具有 FDCAN、以太網(wǎng)、 USB PD(power delivery)，I3C等外設(shè)和開發(fā)包，能提供豐富的存儲、外設(shè)和封裝的選擇，用戶可以靈活選擇用硬件、軟件或者用一個整體解決方案。

事實上，兩款新品都是高性能MCU產(chǎn)品。不過如介紹，兩款產(chǎn)品從內(nèi)核本身及內(nèi)核性能上還是有所不同的。STM32H5屬于微控制器，它是ARM Cortex-M內(nèi)核的MCU，而STM32MP135是Cortex-A系列的產(chǎn)品。在生態(tài)系統(tǒng)上，也有所區(qū)別。STM32H5 使用的是STM32CubeMX 生成的操作系統(tǒng)RTOS ThreadX, FileX等；而STM32MP135則多使用Linux操作系統(tǒng)。因此從應(yīng)用角度，可以根據(jù)實際需要進行選擇。

那么具體應(yīng)該如何選擇呢？意法半導(dǎo)體MDG中國區(qū)通用微控制器事業(yè)部微處理器產(chǎn)品市場經(jīng)理霍筍分享，從應(yīng)用角度，如果想基于 Linux 開發(fā)，選MP13這款入門級的Linux 產(chǎn)品非常適合。如果還是想基于RTOS 或 Bare metal裸機開發(fā)，同時又需要更高的CPU性能，當STM32H5的250兆主頻，或H7的550兆主頻都不能滿足要求的情況下，可以用 STM32MP13進行開發(fā)。MP13是650兆到1GHz的高主頻，除了支持Linux，也支持RTOS和Bare metal裸機開發(fā)?；艄S說：“開發(fā)工具和生態(tài)都是基于STM32Cube一脈相承的，產(chǎn)品選擇上需針對客戶具體的應(yīng)用和需求去選擇合適的產(chǎn)品?！?/p>

ST非?？春肕PU的發(fā)展空間。朱利安分享說：“ST在中國有超過10萬個客戶，在全球有超過40萬個客戶。STM32未來增長點之一，就是會為廣大用戶提供基于MCU的MPU。這些MCU會在安全性、無線連接、人工智能方面對MCU作進一步創(chuàng)新和升級?！?/p>

2019年ST推出第一款MPU產(chǎn)品MP15，這是一款擁有多核異構(gòu)的中端MPU，內(nèi)核是基于A7+M4雙核，其中M4可用于做傳統(tǒng)MCU的應(yīng)用，A7則可以用于基于 Linux 更高性能的應(yīng)用。而最新推出的STM32MP13則是ST專門面向成本敏感性應(yīng)用推出的入門級MPU。對于STM32用戶來說，它很適合從MCU升級到MPU的應(yīng)用。雖然是入門級產(chǎn)品，與MP15相比，MP13依然實現(xiàn)了部分功能的升級和個別功能的優(yōu)化。至此，ST在MPU領(lǐng)域的產(chǎn)品已經(jīng)涵蓋入門級和中級。其實，在ST32MPU產(chǎn)品路線圖中，MPU還有很大的布局。

霍筍介紹說：“MP15在全球很多應(yīng)用領(lǐng)域都有客戶在用，我們認為這4年的推廣、產(chǎn)品落地方案的驗證非常成功。不久的將來，我們還就推出更高性能的MPU。未來我們將為用戶提供涵蓋低中高全面豐富的MPU產(chǎn)品陣容?！?/p>

無線MCU是必然選擇

對于整個STM32家族來說，無線產(chǎn)品是年輕一代的產(chǎn)品。在此次的新品發(fā)布中，ST也帶來了一款最新的無線產(chǎn)品STM32WBA。為什么在這個時間節(jié)點推出這款無線藍牙產(chǎn)品？和上一代產(chǎn)品，是否存在傳統(tǒng)應(yīng)用到新應(yīng)用的遷移問題？是基于什么樣的技術(shù)趨勢或者市場需求？未來在這個領(lǐng)域，ST的布局是什么？EETOP就這些特別關(guān)心的問題，特別請教了ST多位專家。

意法半導(dǎo)體MDG中國區(qū)通用微控制器事業(yè)部無線產(chǎn)品市場經(jīng)理于引表示：“在設(shè)備端處理器部分，我們的通用MCU已經(jīng)很全面了。我們還需要無線產(chǎn)品來實現(xiàn)設(shè)備與設(shè)備的連接，設(shè)備與云端的連接。互連互通是市場很重要的一部分。藍牙，以及基于802.15.4的2.4G協(xié)議已經(jīng)在國內(nèi)市場上有廣泛的應(yīng)用了。我們很多的便攜式設(shè)備都會用到藍牙，而低功耗更是IoT設(shè)備很重要的一個參數(shù)。所以對于我們來說，我們一定要做這樣一個低功耗無線產(chǎn)品?！?/p>

據(jù)介紹，ST現(xiàn)在已經(jīng)量產(chǎn)的無線MCU產(chǎn)品有STM32WL、STM32WB 和STM32WBA。WL是基于Sub-G產(chǎn)品，可以支持LoRA、Sigfox協(xié)議。而STM32WB，它是ST第一款支持2.4G的雙核產(chǎn)品，即可以運行無線協(xié)議棧的M0內(nèi)核，也可以運行應(yīng)用程序的M4內(nèi)核。其存儲空間最高可以支持1Mb內(nèi)存和256K的RAM，同時在協(xié)議層可以支持BLE5.3，Zigbee、Thread 以及私有的2.4G協(xié)議，所有協(xié)議搜可以支持多協(xié)議靜態(tài)和動態(tài)并發(fā)的。

而全新的STM32WBA，結(jié)合第一代的經(jīng)驗和客戶需求，在內(nèi)核上做了提升，用了基于TrustZone的Corte-M33內(nèi)核，100M 主頻，CoreMark 評分407分。在主要特性上，WBA內(nèi)部集成了一個巴倫，同時最大輸出功率可以到10dBm。這代表了如果用STM32WBA做一個設(shè)備連接，即使在無線信號不穩(wěn)定的情況下，也可以用STM32WBA強勁的無線鏈路與設(shè)備進行連接。此外，它主要針對的是低功耗，相對短距離的，基于802.15.4的Ble5.3、Zigbee、Thread 以及基于Thread的matter產(chǎn)品，可同時支持點對點、點對多的應(yīng)用（最多可以支持20個連接設(shè)備）。

從Flash資源上，STM32WBA可以支持最高到1MB閃存和128KB SRAM，具有更豐富的應(yīng)用。此外，WBA 還延長了數(shù)據(jù)存儲壽命，其中有256KB閃存擦寫次數(shù)達到10萬次。同時集成片上天線匹配電路，在工程師設(shè)計中，整個物料成本可以做進一步的優(yōu)化。

從安全性看，STM32WBA是第一款通過SESIP Level3認證的無線產(chǎn)品，同時過了PSA的認證。WBA增強了安全性，支持AES和PKA側(cè)信道攻擊防御，側(cè)信道攻擊防御可以防止一些惡性的，通過外設(shè)引腳去破壞、去提取相關(guān)傳輸信息的惡性攻擊。同時，WBA還有一個動態(tài)RTC防篡改功能。從內(nèi)核來講，基于TrustZone M33內(nèi)核提供了安全啟動、安全更新以及安全固件安裝功能，額外從芯片本身IP來說也增強了安全性的考量，增加了像存儲器保護、加密功能、平臺保護以及代碼隔離設(shè)計，可以讓工程師對一些敏感應(yīng)用，避免受到無線協(xié)議的干擾，甚至于對于一些用戶數(shù)據(jù)或云印證數(shù)據(jù)更進一步的保護。

從制造工藝來說，WBA采用40nm工藝，基于STM32U5超低功耗平臺，可以支持更多的低功耗模式。目前第一款WBA產(chǎn)品是基于UFQFN48封裝，尺寸7×7，最多可以支持35個GPIO端口。此外，雖然是無線產(chǎn)品，但還是繼承了STM32豐富和完整的生態(tài)系統(tǒng)。

于引特別介紹說：“作為無線藍牙產(chǎn)品，需要和手機相連，包括開發(fā)人員也需要通過手機驗證設(shè)計成果或設(shè)計內(nèi)容是否安全可靠。所以，跟其他MCU相比，STM32WBA增加了手機上的一個應(yīng)用，就是手機APP?！?/p>

據(jù)介紹，這個手機APP總計有3個，且安卓版本和 iOS 版本都有：ST BLE Sensor、BLE StarNet和BLE Toolbox。BLE Sensor是配合OOB，非藍牙連接可以通過串口或者SPI接口，可以去調(diào)試藍牙設(shè)備，通過這種方式看到連接的數(shù)據(jù)；StatNet是星形拓撲應(yīng)用APP，可以看設(shè)備網(wǎng)關(guān)信息的數(shù)據(jù)；ToolBox是最新的APP，它的功能相對來說是最全面的，可以發(fā)現(xiàn)外圍設(shè)備，并且可以通過這個APP對產(chǎn)品評估板做一個讀寫操作，當然可以通過這個設(shè)備做一些網(wǎng)絡(luò)上云端數(shù)據(jù)的傳輸和監(jiān)測。

事實上，STM32WB 和STM32WBA 也是一個繼承關(guān)系。于引說：“就像我們所有STM32的產(chǎn)品都是一個家族慢慢繼承下來的一樣。WB依舊適用于很多應(yīng)用。像STM32WB有LCD驅(qū)動 ，在表記類的應(yīng)用上，WB可以很好的滿足設(shè)計的需求，節(jié)省PCB面積和BOM成本。同時，STM32WB和STM32WBA這兩個也是統(tǒng)一的開發(fā)環(huán)境，都是基于ST的Cube，開發(fā)人員、工程師可以做產(chǎn)品升級或者擴展，都可以在同一個平臺上做開發(fā)，讓產(chǎn)品有一個更好的延續(xù)性?！?/p>

意法半導(dǎo)體MDG中國區(qū)總監(jiān)曹錦東補充說：“現(xiàn)在，越來越多的設(shè)備要聯(lián)網(wǎng)，同時對于已經(jīng)聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備，客戶希望產(chǎn)品設(shè)計能越來越緊湊，集中度能越來越高。新推出的STM32WBA，可以幫助客戶實現(xiàn)去模塊化的功能。只需要一個STM32WBA，就可以取代原來的MCU及其外面的模塊，同時還可以把原有的基于STM32應(yīng)用的軟件直接抑制到STM32WBA”。

█下一個8位MCU就是32位MCU

STM32C0是ST全新推出的面向成本敏感型用戶的32位MCU。曹錦東介紹說：“STM32C0的口號是：下一個8位MCU就是32位MCU！”

為什么這么說？其實它更多的是從性價比和成本的考量。因為從整個性價比來講，8位和32位非常接近，或者8位MCU性價比已經(jīng)沒有32位的高。據(jù)介紹，STM32C0的內(nèi)核是M0+，可提供比STM8更多的資源，特別在RAM和Flash。其中Flash可以滿足32K的需求；RAM有兩個選擇，即6K和12K。用RAM來存放數(shù)據(jù)包括臨時數(shù)據(jù)，可以滿足客戶做更多的數(shù)據(jù)處理。

從性能DMIPS表現(xiàn)看，STM8是4點幾的DMIPS，每秒鐘約100萬個指令，STM32C升。DMIPS指單位周期有多少指令可以運行，它是一個相對參數(shù)，可以理解為每秒有幾百萬個指令可以運行。也就是說，過去用一個毫秒只能處理一個任務(wù)，今天用一個毫秒可以處理10個任務(wù)。曹錦東說，“所以不管對信號的檢測、過濾、處理，用STM32C0可以更加的游刃有余來做?！?/p>

從功耗來講，STM32C0有正常的運行模式、停止模式、待機模式和Shutdown模式。Shutdown僅僅靠簡單的I/O口和負電路可以去喚醒，它的耗電只有20個nA，但是大部分時間作為一個電池供電的設(shè)備，電路處于一個待機模式或者停止模式，在這兩個模式中有Run數(shù)據(jù)可以被保存的。當然，成本也是非常關(guān)鍵的要素之一。從成本上來講，可以用同樣成本、同樣價錢買到8位MCU和32位MCU。然而從性能、供應(yīng)來講，32位MCU可以提供更高的性能和更靈活的供應(yīng)。這也是為什么中低端很多客戶都已經(jīng)轉(zhuǎn)向32位MCU的原因。

此外，STM32C0可提供更好、更小的封裝設(shè)計，包括：比較傳統(tǒng)的SSO、TSSOP8、TSSOP-20；需要把芯片以及PCB基本做到可能是2×2、4×4大小的QFPN；以及更小的面向手機應(yīng)用的WLCSP。此外，STM32C0有廣泛的軟件包，包括PC軟件、嵌入式軟件，同時，過去所有的包括操作系統(tǒng)，以及中間件，在STM32C0上依然可以做，可進一步方便用戶去做開發(fā)，去做產(chǎn)品的移植。

對于STM8A，ST其實已經(jīng)停止了包括研發(fā)和市場推廣在內(nèi)的一切推進工作。朱利安介紹說：“我們已經(jīng)于2021年正式對外發(fā)布，STM8A將于10年后停產(chǎn)。10年是我們?yōu)榭蛻籼峁┑漠a(chǎn)品更新?lián)Q代的準備時間。從投資角度來說，ST不再為STM8提供投資，且沒有擴充產(chǎn)能的計劃。我們認為，STM8 的產(chǎn)能已經(jīng)到了頂端，我們也不需要新的客戶用STM8 做新的設(shè)計。但同時，我們希望提供給客戶一個新的選擇，用STM8C0升級現(xiàn)有的設(shè)計?！?/p>

那8位MCU還有哪些升級應(yīng)用呢？曹錦東進一步解釋說，STM8是ST 2008 年發(fā)布的產(chǎn)品，到今天依然有很多客戶還在用。事實上，8位MCU整個市場占比排在25%左右，是非常大的市場，主要集中在中小家電、智能家居和小的傳感器節(jié)點中的應(yīng)用。然而在面向未來所謂的智能家居、智能設(shè)備和智能硬件的產(chǎn)業(yè)升級和應(yīng)用升級、以及人機交互升級時，就需要更高的MCU性能來支撐的信號處理與圖形顯示。比如常見的煙感器，過去僅僅是一個簡單的信號檢測報警，優(yōu)化升級之后的產(chǎn)品，會加入數(shù)據(jù)處理和有AI算法，能識別真假信號，還會涉及一些更強的處理能力。

曹錦東堅定的表示：“我們相信STM32C0可以幫助客戶做更好的升級，讓設(shè)備從過去由通用MCU變成更強的MCU，可以做更好的智能化設(shè)計！”

█結(jié)束語

如何去提升STM32供應(yīng)鏈的靈活度和堅韌度。這也是大家非常關(guān)心的話題。曹錦東分享說：“今年我們會投資超過40億美金用于擴充產(chǎn)能?！睋?jù)介紹，擴充的很大一部分將用于支撐STM32在90納米和40納米的產(chǎn)能擴充。除了利用內(nèi)部產(chǎn)能之外，ST還積極同多個全球代工廠合作，這些合作不僅支持今年和明年，更規(guī)劃支持未來四年到六年甚至更久的客戶需求。

ST去年的收入是160億。他們將用超過25%的銷售額來擴充產(chǎn)能！用曹錦東的話來說就是，ST在產(chǎn)能擴充方面是毫無保留的。也足見ST對今年及未來MCU的市場持非常樂觀的態(tài)度。曹錦東說：“我覺得 MCU是一個長跑，MCU需要持續(xù)做迭代，MCU的生態(tài)要持續(xù)做開發(fā)，需要有長時間供應(yīng)鏈的確保和穩(wěn)定?！?br /> 責任編輯：彭菁