ST的無(wú)線SoC有哪些黑科技？

　　當(dāng)前，越來(lái)越多的設(shè)備接入物聯(lián)網(wǎng)，因此無(wú)線連接功能和安全成為重要特征。與此同時(shí)，海量物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備應(yīng)用需要芯片及解決方案的成本低、有更低的功耗，且有豐富的產(chǎn)品種類(lèi)可選。

　　發(fā)布會(huì)照片：從左至右：意法半導(dǎo)體中國(guó)區(qū)微控制器事業(yè)部市場(chǎng)經(jīng)理 談俊 ，STM32超低功耗和網(wǎng)絡(luò)微控制器市場(chǎng)經(jīng)理 Hakim Jaafar，ST中國(guó)區(qū)微控制器事業(yè)部市場(chǎng)及應(yīng)用總監(jiān) 曹錦東

　　為此，意法半導(dǎo)體(ST)近日宣布STM32微控制器(MCU)家族的第12個(gè)產(chǎn)品系列——STM32WB量產(chǎn)。其最大的特點(diǎn)是在其廣受歡迎的超低功耗系列MCU——STM32L4系列基礎(chǔ)上發(fā)展出來(lái)的具備無(wú)線射頻功能的SoC。

　　此次發(fā)布的STM32WB系列內(nèi)置BLE 5和IEEE 802.15.4射頻模塊。目的是為了助力下一代智能互聯(lián)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，例如，數(shù)字家庭產(chǎn)品、穿戴設(shè)備、智能照明、智能傳感器、工業(yè)設(shè)備等。與此同時(shí)，WB系列集成了更多功能，因而B(niǎo)OM(物料清單)成本更低，并可提供更長(zhǎng)的電池續(xù)航時(shí)間，適用于燈具、健身追蹤器、醫(yī)療監(jiān)視器、Beacon設(shè)備、標(biāo)簽、安全設(shè)備、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用等。

　　為何此時(shí)推出無(wú)線MCU?

　　此外，WB系列的技術(shù)亮點(diǎn)是采用Arm? Cortex?-M 雙核，分別用于設(shè)備運(yùn)行和無(wú)線通信，確保用戶體驗(yàn)更順暢 。

　　迄今為止，市面上有幾家MCU廠商提供帶無(wú)線功能的MCU，其中，只有為數(shù)不多的幾家MCU廠商有能力提供雙處理器的無(wú)線通信芯片。那么，為何ST此時(shí)才推出無(wú)線MCU?其難點(diǎn)在哪里?為何ST采用雙核方案?

　　ST中國(guó)區(qū)微控制器事業(yè)部市場(chǎng)及應(yīng)用總監(jiān)曹錦東先生指出，WB系列今年3月已提供樣品，受到了客戶的歡迎?，F(xiàn)在有很多客戶關(guān)注與云端的連接。ST中國(guó)區(qū)微控制器事業(yè)部市場(chǎng)經(jīng)理談俊稱，以智能門(mén)鎖為例，過(guò)去廠商開(kāi)發(fā)指紋識(shí)別等方案，今年廠商開(kāi)始做門(mén)鎖與云連接的方案。

　　STM32超低功耗和網(wǎng)絡(luò)微控制器市場(chǎng)經(jīng)理Hakim Jaafar解釋道，ST早就有獨(dú)立的MCU和藍(lán)牙等開(kāi)放的2.4GHz無(wú)線RF芯片的技術(shù)，所以集成在一起，從硬件角度不是困難的一件事，難的是無(wú)線協(xié)議棧軟件的調(diào)試，及整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的搭建及具有競(jìng)爭(zhēng)力。經(jīng)過(guò)醞釀，ST推出了射頻開(kāi)發(fā)和功耗控制工具，能夠生成C代碼，且很多軟件協(xié)議棧是免費(fèi)的。

　　為何采用雙核方案?

　　雙核的好處是可保證實(shí)時(shí)處理。

　　Hakim Jaafar分析道，單核產(chǎn)品要包括CPU和應(yīng)用固件，還需要外設(shè)和射頻協(xié)議棧，缺點(diǎn)首先是分時(shí)系統(tǒng)，其次任務(wù)處理時(shí)間長(zhǎng)，因而功耗高;另外還需要配套的MCU，使得整個(gè)方案的成本增加。

　　而WB通信系統(tǒng)芯片(SoC)只有一顆裸片，靈活度高，可延長(zhǎng)電池續(xù)航時(shí)間，另外由于是全合一方案，因而節(jié)省成本;再有可加快產(chǎn)品上市。

　　具體地，WB系列整合一個(gè)功能豐富的Arm? Cortex?-M4微控制器(MCU)和一個(gè)Arm Cortex-M0+內(nèi)核處理器。Arm? Cortex?-M4微控制器用于運(yùn)行主要應(yīng)用軟件;Arm Cortex-M0+內(nèi)核用于減輕主處理器負(fù)荷，執(zhí)行低能耗藍(lán)牙(BLE) 5和IEEE 802.15.4射頻實(shí)時(shí)處理任務(wù)。射頻控制器還能同時(shí)運(yùn)行其它無(wú)線通信協(xié)議，包括OpenThread、ZigBee?或?qū)Ｓ型ㄐ艆f(xié)議，為設(shè)備聯(lián)入物聯(lián)網(wǎng)(IoT)提供更多連接選擇。

　　這樣，雙核芯片可以有5種主要的工作模式，使得功耗可以更低。

　　可見(jiàn)，通過(guò)整合性能更高的Cortex-M4內(nèi)核與Cortex-M0+網(wǎng)絡(luò)處理器，STM32WB 利用ST的超低功耗微控制器(MCU)技術(shù)集成優(yōu)異的射頻性能和更長(zhǎng)的電池續(xù)航時(shí)間。

　　另外，該系統(tǒng)芯片還集成連接天線所需的基本電路(巴倫)，在其它解決方案中，通常工程師必須自己設(shè)計(jì)巴倫; 還集成大容量的系統(tǒng)存儲(chǔ)器、用戶存儲(chǔ)器、硬件加密、客戶密鑰存儲(chǔ)器(用于品牌和知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù))。

　　如何保證安全?

　　談到物聯(lián)網(wǎng)，人們最擔(dān)心的是安全性，因?yàn)榻K端需要與云連接，例如對(duì)現(xiàn)有軟件進(jìn)行升級(jí)。WB系列在射頻協(xié)議棧和應(yīng)用固件更新方面獨(dú)具匠心。在射頻方面有封閉的子系統(tǒng)，具有射頻和秘鑰存儲(chǔ)功能。這樣，應(yīng)用固件更新時(shí)需要五步：1.新固件包下載成功;2.發(fā)現(xiàn)新固件包，啟動(dòng)更新程序;3.應(yīng)用處理器發(fā)送固件包簽名和秘鑰進(jìn)行驗(yàn)證;4.如果驗(yàn)證簽名與設(shè)置的秘鑰不匹配，更新過(guò)程終止，設(shè)備重置;5.用專有秘鑰對(duì)新固件包進(jìn)行解密，設(shè)備開(kāi)始燒寫(xiě)代碼。

　　另外，在攻擊防御方面也有一系列措施。包括非入侵式攻擊和軟件攻擊的防范，具體如下表。

　　WB系列有9種產(chǎn)品，主要按照片內(nèi)Flash內(nèi)存/RAM的大小，以及封裝尺寸來(lái)區(qū)分。此時(shí)，電子產(chǎn)品世界的編輯有個(gè)問(wèn)題，通常片內(nèi)Flash內(nèi)存的成本很高，有些MCU公司還推出了無(wú)Flash芯片，并提供Q-SPI接口來(lái)接外部Flash，為何WB系列沒(méi)有無(wú)Flash的芯片?Hakim Jaafar稱主要看客戶的選擇。通常從安全性角度考慮，片外存儲(chǔ)器的隱患是信息容易被盜取。另外，WB系列也有Q-SPI接口，方便客戶外接更大的存儲(chǔ)器芯片。

　　未來(lái)發(fā)展計(jì)劃

　　此次是WB系列，支持常見(jiàn)的藍(lán)牙和802.15.4。下一步ST還將推出WL系列，即長(zhǎng)距離(Long range)無(wú)線，諸如Sub-GHz等。

　　小結(jié)

　　ST的芯片在提高性能的同時(shí)，非常重視性價(jià)比，此次集成了射頻功能，還保證了超低功耗、物聯(lián)網(wǎng)保護(hù)，并節(jié)省成本，具有型號(hào)的多樣性，配有齊全的射頻開(kāi)發(fā)和功耗控制工具，以及可用于工業(yè)的長(zhǎng)達(dá)10年的供貨保證?？梢?jiàn)，面向物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)發(fā)，ST的WB無(wú)線SoC/MCU可謂精心打造。

　　后記——ST為何在華銷(xiāo)量大?

　　ST MCU為何在華銷(xiāo)量很大?筆者在此前也寫(xiě)過(guò)幾篇文章，分析了種種原因，例如低成本、執(zhí)著的發(fā)展信心等。最近一位關(guān)注ST的大學(xué)教授提出了新觀點(diǎn)，認(rèn)為市面上很多開(kāi)放的解決方案是ST的，例如電動(dòng)自行車(chē)方案，一些生產(chǎn)企業(yè)沒(méi)有開(kāi)發(fā)能力，可以直接拿來(lái)用，因此ST的芯片大為流行。

　　筆者也問(wèn)ST公司這樣一個(gè)問(wèn)題：一些友商的MCU芯片傾向于和ST的產(chǎn)品兼容，ST怎么看?ST的一位經(jīng)理意味深長(zhǎng)地說(shuō)：“我們希望我們的芯片及解決方案成為市場(chǎng)和行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)?！彼a(bǔ)充道，大家都仿照ST，ST才能向標(biāo)準(zhǔn)更邁進(jìn)。

　　從這個(gè)角度看，“有容乃大”，具有開(kāi)放胸懷的企業(yè)，才能夠走得更遠(yuǎn)、做得更大。

　　圖：WB系列定位的幾大應(yīng)用