全面擁抱IoT時代，高性能Wi-Fi MCU選它一步到位

作為無線MCU的代表產(chǎn)品，Wi-Fi MCU集成了2.4GHz無線射頻模塊，提供優(yōu)異的基帶和射頻性能，并兼具魯棒性和高傳輸速率，同時也沒有丟失MCU在集成方面的特色，在實際應(yīng)用中具有高性能、高集成、安全靈活等諸多優(yōu)點。目前，全球各地區(qū)Wi-Fi基礎(chǔ)設(shè)施已經(jīng)相當(dāng)完備，在傳統(tǒng)行業(yè)走向智能化、網(wǎng)聯(lián)化的過程中，Wi-Fi MCU有著巨大的應(yīng)用前景。

相較于傳統(tǒng)的Wi-Fi射頻芯片，Wi-Fi MCU提供了更完整的功能，適用于廣泛的消費和工業(yè)場景。產(chǎn)品形態(tài)從過往Wi-Fi芯片外掛MCU的方式，進(jìn)化到在MCU中集成Wi-Fi射頻模塊。

根據(jù)來自Global Market Insights的分析數(shù)據(jù)，2021年全球Wi-Fi芯片市場規(guī)模已超過200億美元。從2021年到2028年，預(yù)計年平均復(fù)合成長率（CAGR）為2.5%。其中亞太和北美地區(qū)的CAGR預(yù)計均能超過3%。隨著Wi-Fi MCU市場規(guī)模逐漸擴(kuò)大，除了傳統(tǒng)無線芯片廠商，各大MCU廠商也開始進(jìn)入這個市場，基于生態(tài)更為成熟的Arm內(nèi)核提供相關(guān)解決方案，極大地豐富了Wi-Fi MCU的產(chǎn)品陣容。

全球Wi-Fi芯片市場規(guī)模（數(shù)據(jù)來源：Global Market Insights）

為了應(yīng)對MCU客戶的無線連接需求，業(yè)界領(lǐng)先的半導(dǎo)體器件供應(yīng)商兆易創(chuàng)新GigaDevice將Wi-Fi射頻模塊集成到MCU，正式推出了GD32W515系列Wi-Fi微控制器。

1、領(lǐng)先、安全、豐富

GD32W515系列產(chǎn)品采用功能強(qiáng)大的Arm? Cortex?-M33內(nèi)核，憑借出色的軟硬件兼容性，受益并延續(xù)了GD32 MCU家族的傳統(tǒng)優(yōu)勢，成為客戶開發(fā)無線連接產(chǎn)品的優(yōu)選。

領(lǐng)先的射頻性能

GD32W515系列Wi-Fi MCU片上集成單流2.4 GHz IEEE 802.11 b/g/n，包括MAC、Baseband以及RF模塊，為各種類型應(yīng)用的無線系統(tǒng)提供高級別的集成度，并帶來優(yōu)異的射頻和基帶性能。

GD32W515系列Wi-Fi MCU擁有118.6dBm的總鏈路預(yù)算，其中發(fā)射鏈路的最大功率達(dá)到21dBm，接收鏈路的靈敏度為-97.6dBm，極大地提升了應(yīng)用方案的無線覆蓋能力。

該系列MCU優(yōu)異的射頻性能表現(xiàn)還包括高傳輸速率，在屏蔽室內(nèi)測試時，傳輸速率可達(dá)80Mbps；在Iperf工具中測試時，最大網(wǎng)絡(luò)吞吐量可達(dá)50Mbps。

和市場同類產(chǎn)品相比，GD32W515系列Wi-Fi MCU的無線通信具備更優(yōu)異的抗干擾能力，可以大幅提升接收信號的穩(wěn)定性。該系列MCU鄰道抑制(ACR)值高達(dá)48dB，在業(yè)界處于領(lǐng)先水平，能夠克服大量鄰信道干擾 (ACI) 問題和強(qiáng)信號干擾問題。

同時GD32W515系列Wi-Fi MCU具有動態(tài)的速率調(diào)整（RA）機(jī)制，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的嘈雜程度，可以動態(tài)調(diào)整發(fā)射鏈路的傳輸速率，在連接穩(wěn)定性和數(shù)據(jù)傳輸速率之間取得更佳平衡。結(jié)合優(yōu)異的抗干擾能力，能夠在無線網(wǎng)絡(luò)信道受到強(qiáng)干擾的情況下提供更穩(wěn)定的連接并保持?jǐn)?shù)據(jù)通信。

安全的執(zhí)行環(huán)境

為了保障數(shù)據(jù)傳輸和存儲的安全性，GD32W515系列Wi-Fi MCU內(nèi)置TrustZone架構(gòu)，通過完全軟硬件隔離打造安全運行環(huán)境，讓安全固件、數(shù)據(jù)資產(chǎn)和用戶隱私免受應(yīng)用程序和操作系統(tǒng)運行帶來的可能的攻擊風(fēng)險。

TrustZone是Arm公司推出的專門用于SoC及CPU的安全方案，是基于平臺安全架構(gòu) (PSA) 指南建立設(shè)備信任根的理想起點，讓安全理念貫穿整個產(chǎn)品使用流程：

? 在啟動環(huán)節(jié)，TrustZone支持產(chǎn)品在安全環(huán)境下實現(xiàn)安全啟動；

? 在運行環(huán)節(jié)，TrustZone架構(gòu)將產(chǎn)品內(nèi)部劃分為安全環(huán)境和普通環(huán)境，運行在普通環(huán)境的程序和系統(tǒng)要訪問安全環(huán)境內(nèi)的資源，會有非常嚴(yán)格的限制；

? 在控制環(huán)節(jié)，TrustZone可通過系統(tǒng)總線控制產(chǎn)品的外設(shè)資源；

? 在軟件環(huán)節(jié)，TrustZone可以通過Monitor模式在安全環(huán)境和普通環(huán)境進(jìn)行切換。

使用 TrustZone 技術(shù)進(jìn)行固件保護(hù)（圖源：Arm Limited）

得益于TrustZone安全架構(gòu)，GD32W515系列Wi-Fi MCU可以明顯提升終端設(shè)備的安全通信能力，并保護(hù)用戶隱私數(shù)據(jù)。同時，該系列MCU還支持Wi-Fi協(xié)議規(guī)定的全新安全特性，并取得Wi-Fi認(rèn)證和RF FCC/CE合規(guī)認(rèn)證，安全保護(hù)能力進(jìn)一步提升。

更能彰顯GD32W515系列Wi-Fi MCU安全可靠的是，該系列MCU取得了Arm平臺安全架構(gòu)PSA Level 1和PSA Functional API認(rèn)證。Arm公司于2017年正式推出PSA，并聯(lián)合多家獨立安全測試實驗室及咨詢機(jī)構(gòu)推出PSA相關(guān)認(rèn)證：

? 通過PSA Level 1認(rèn)證可證明GD32W515系列Wi-Fi MCU是系統(tǒng)安全的穩(wěn)健選擇，可以將信任貫穿整個設(shè)備生命周期和應(yīng)用生態(tài)，確保程序、系統(tǒng)和設(shè)備的安全模型，并符合通用行業(yè)的安全規(guī)范；

? 通過PSA Functional API認(rèn)證可證明該系列MCU能夠為開發(fā)者提供標(biāo)準(zhǔn)、安全的API接口，使得開發(fā)者可以專注于功能開發(fā)，而無需為系統(tǒng)安全擔(dān)憂，縮短產(chǎn)品的上市周期。

豐富的外設(shè)特性

如同其它GD32 MCU產(chǎn)品家族的成員，GD32W515系列Wi-Fi MCU提供了豐富的片上資源和成熟的開發(fā)體驗。

該系列MCU最高主頻為180MHz，片上Flash為2048KB，SRAM為448KB，并支持32MB的外置Flash。豐富的外設(shè)資源包括1個12位ADC、4個通用16位定時器、2個通用32位定時器、1個基本定時器、1個PWM高級定時器、數(shù)碼相機(jī)接口(DCI)、觸摸感應(yīng)接口(TSI)、四線制SPI Flash接口(QSPI)、以及新增的高性能數(shù)字濾波器(HPDF)。

該系列MCU提供的通信接口資源則包括2個SPI、1個SQPI、1個SDIO、2個I2C、3個USART、1個I2S、USB2.0 FS和Wi-Fi無線接口。

為了方便開發(fā)者上手，兆易創(chuàng)新為該系列MCU提供完整的開發(fā)套件，包括數(shù)據(jù)手冊、固件庫、軟件包、開發(fā)環(huán)境、操作系統(tǒng)、參考設(shè)計和專用開發(fā)板。其中，軟件包中有專門用于Wi-Fi模塊的硬件驅(qū)動、軟件協(xié)議棧、云連接等功能；操作系統(tǒng)則包括FreeRTOS、μCOS、RT-Thread和AliOS Things等主流的嵌入式操作系統(tǒng)。

2、靈活、相容、全面

憑借出色的產(chǎn)品性能，用戶可以基于GD32W515系列Wi-Fi MCU打造具有優(yōu)異射頻性能、增強(qiáng)處理能力和高度集成的應(yīng)用方案，賦能智能家居、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、消費類電子等各類應(yīng)用。

基于Wi-Fi MCU的智能家居類應(yīng)用

根據(jù)調(diào)研機(jī)構(gòu)IDC的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2024年全球智能家居設(shè)備出貨量將超過14億臺，2020年至2024年的年復(fù)合增長率達(dá)到13.15%。在智能家居設(shè)備的無線連接方面，Wi-Fi是首選，并得到了消費者的廣泛認(rèn)可。

全球智能家居設(shè)備出貨量（數(shù)據(jù)來源：IDC）

GD32W515系列Wi-Fi MCU為智能家居領(lǐng)域提供增強(qiáng)的計算能力和豐富的集成資源，支持DSP指令擴(kuò)展和單精度浮點運算(FPU)，可運行邊緣計算和TinyML等AI算法，用于多種智能家居控制系統(tǒng)，比如關(guān)鍵詞喚醒和本地語音識別等智能設(shè)置。這種不用上云的智能控制方案，讓該系列MCU在智慧家庭、酒店、地產(chǎn)前裝等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。

GD32W515-FOC智能風(fēng)扇電機(jī)驅(qū)動方案

兆易創(chuàng)新開發(fā)了GD32W515系列Wi-Fi MCU搭配GD30DR8413高性能電機(jī)驅(qū)動芯片的無線風(fēng)扇電機(jī)控制解決方案。GD32W515整合了MCU主控和無線射頻功能，GD30DR8413則內(nèi)置三路半橋NMOS和預(yù)驅(qū)功能，是一套集成無刷電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)和 Wi-Fi 通信的三合一硬件方案，支持智能配網(wǎng)和 OTA 升級等功能。此外，通過UART接口連接到語音識別芯片，該方案還可升級為支持本地語音喚醒和識別功能，適用于家電、中控面板、網(wǎng)關(guān)等更豐富的應(yīng)用場景。

再以智能門鎖為例，該系列MCU可配合低功耗MCU打造完整的智能門鎖方案。其中，GD32W515系列Wi-Fi MCU用作智能門鎖前面板主控MCU，開發(fā)者可以通過SPI接口連接指紋sensor，最多可支持9個Touch Key；可通過DCI接口連接到攝像頭，充當(dāng)24h門衛(wèi)；通過I2S/DMIC接口支持音頻，用于未關(guān)門警告等功能。

通過TrustZone硬件安全架構(gòu)的加持，基于GD32W515系列Wi-Fi MCU打造的智能家居方案，能夠?qū)⒂脩綦[私信息放入安全區(qū)域進(jìn)行隔離，杜絕不法分子通過程序或者系統(tǒng)等渠道進(jìn)行盜取和篡改，給用戶真正的智能和安全。

基于Wi-Fi MCU的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用

在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）領(lǐng)域，GD32W515系列Wi-Fi MCU同樣是創(chuàng)新優(yōu)選。根據(jù)MarketsandMarkets的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2021年全球工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)規(guī)模已經(jīng)達(dá)到767億美元，預(yù)計到2026年將超過1000億美元，并保持6.7%的復(fù)合年均增長率。憑借出色的射頻性能和高度集成的優(yōu)勢，該系列MCU能夠幫助開發(fā)者快速打造工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，典型應(yīng)用包括工業(yè)控制通訊模塊、能源管理和遠(yuǎn)程診斷等。

全球工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)市場分析（數(shù)據(jù)來源：MarketsandMarkets）

在工業(yè)控制通訊模塊應(yīng)用中，通過使用GD32W515系列Wi-Fi MCU，一方面外圍電路簡單，能夠加速方案的開發(fā)速度；另一方面輔助器件明顯減少可以有效降低成本。

該系列MCU工作溫度范圍為–40至+85°C，憑借出色的射頻性能和卓越的抗干擾能力，可滿足復(fù)雜的工業(yè)場景使用，替代成本高且布局復(fù)雜的有線控制模塊。通過豐富的外設(shè)資源，開發(fā)者可使用GD32W515系列Wi-Fi MCU開發(fā)具有更多功能的控制模塊。增強(qiáng)的處理能力和加速器，配合人工智能算法，可以讓每一個控制模塊都是一個邊緣智能終端。

GD32W515系列MCU集成的TrustZone硬件安全架構(gòu)更具安全優(yōu)勢，硬件安全環(huán)境配合軟件層面實現(xiàn)的安全存儲、初始化認(rèn)證以及安全日志等服務(wù)，能夠為核心控制算法、系統(tǒng)流程圖、運營數(shù)據(jù)信息和登錄權(quán)限等高密數(shù)據(jù)提供嚴(yán)格保護(hù)。通過外設(shè)接口連接的關(guān)鍵外圍設(shè)備同樣能受益于這種保護(hù)機(jī)制，讓整個工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)安全運行。

基于Wi-Fi MCU的消費類電子應(yīng)用

GD32W515系列Wi-Fi MCU在消費類電子中的應(yīng)用，主要面向微型打印機(jī)、支付盒子、便攜式個人設(shè)備等，提供系統(tǒng)必要的控制功能以及出色的聯(lián)網(wǎng)能力，并幫助產(chǎn)品實現(xiàn)順應(yīng)市場趨勢的智能化升級。

近年來，伴隨著互聯(lián)網(wǎng)支付的全面普及，快遞、外賣、餐飲等行業(yè)也發(fā)生了質(zhì)的飛越，面單打印機(jī)和支付盒子等移動支付設(shè)備極大方便了商家收款體驗，受到眾多小微商戶的青睞。GD32W515系列Wi-Fi MCU在這些設(shè)備中提供主控MCU功能之余，藉由出色的射頻性能和抗干擾性，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)男屎头€(wěn)定性，從而替代傳統(tǒng)的MCU+Wi-Fi雙芯片方案，為對功耗、體積和成本敏感的行業(yè)用戶帶來更優(yōu)選擇。

而便攜式個人設(shè)備，特別是小型化電池供電設(shè)備在產(chǎn)品設(shè)計中對PCB尺寸和整機(jī)功耗有著嚴(yán)苛的要求。GD32W515系列可以提供QFN36和QFN56封裝選擇，藉由MCU+Wi-Fi單芯片、高能效的解決方案，特別適用于此類對PCB面積有限制的緊湊型應(yīng)用場景。

目前，兆易創(chuàng)新GD32W515系列MCU及配套的開發(fā)工具均已量產(chǎn)出貨。相關(guān)的技術(shù)資料可在GD32MCU.com網(wǎng)站自行下載，幫助廣大開發(fā)者快速上手，縮短產(chǎn)品設(shè)計周期。

GD32W515系列Wi-Fi MCU憑借其增強(qiáng)的處理能力、先進(jìn)的安全特性和豐富的外設(shè)特性，并集成了行業(yè)領(lǐng)先的基帶和射頻性能，為無線聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的開發(fā)者帶來無限可能的SoC解決方案！

來源：GD32MCU（作者：吳子鵬）
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審核編輯 黃宇