STM32的出現(xiàn)使得ST成為了全球領(lǐng)先的半導(dǎo)體供應(yīng)商，并且成為引領(lǐng)市場(chǎng)趨勢(shì)的MCU領(lǐng)導(dǎo)廠(chǎng)商。自2007年第一款STM32產(chǎn)品推出至今已走過(guò)14年的時(shí)間，如今STM32已彰顯其大牌實(shí)力。至2020年，超低功耗的STM32 已累積出貨 20億顆。當(dāng)談及MCU時(shí)，工程師都會(huì)想到ST的STM32系列，事實(shí)上作為普通的終端用戶(hù)，或許您此時(shí)就正在使用著ST的產(chǎn)品，從電視、冰箱、洗衣機(jī)到掃地機(jī)器人、智能可穿戴，STM32這只蝴蝶早已飛進(jìn)千家萬(wàn)戶(hù)。

針對(duì)不同的應(yīng)用，STM32 提供覆蓋從高性能MCU F系列到低功耗L系列、無(wú)線(xiàn)W系列、以及針對(duì)工業(yè)控制發(fā)布的G系列和MPU。在來(lái)勢(shì)洶洶的物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，STM32系列毫不松懈，9月底再次全球同步推出STM32U5，該新品被ST定義為旗艦版超低功耗MCU。

意法半導(dǎo)體中國(guó)區(qū)微控制器市場(chǎng)及應(yīng)用總監(jiān)曹錦東在發(fā)布會(huì)上表示，STM32U5的發(fā)布是對(duì)STM32L系列低功耗產(chǎn)品的提升，傾注了ST人的努力和心血，并且花費(fèi)了大量的時(shí)間研發(fā)才擁有今天的STM32U5，無(wú)論從工藝、IP、還是架構(gòu)設(shè)計(jì)上均體現(xiàn)出其獨(dú)特的創(chuàng)新。曹錦東以及意法半導(dǎo)體中國(guó)區(qū)微控制器產(chǎn)品市場(chǎng)經(jīng)理彭祖年為媒體朋友們揭秘了STM32U5的廬山真面目。

STM32U5誕生背景

工業(yè)從自動(dòng)化到數(shù)字化的發(fā)展，離不開(kāi)復(fù)雜的控制系統(tǒng)，MCU變得越來(lái)越重要，它可以為控制算法提供更高性能、更低能耗，以及為終端提供更具安全性、可靠性的產(chǎn)品。ST從客戶(hù)的需求上了解到，未來(lái)嵌入式智能和物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)要求更省電、更獨(dú)立自主；另外產(chǎn)品尺寸變的越來(lái)越小時(shí)，半導(dǎo)體集成度就越來(lái)越高；同時(shí)，萬(wàn)物互聯(lián)將帶來(lái)更多的安全隱患。針對(duì)以上對(duì)單片機(jī)的需求，ST新推出STM32U5系列，曹錦東表示，這是繼STM32L4+后的又一款代表性產(chǎn)品，且必將刷新歷史。該產(chǎn)品適用于包括智能流量計(jì)、健康及健身類(lèi)穿戴產(chǎn)品、醫(yī)療監(jiān)護(hù)設(shè)備、POS支付終端等應(yīng)用。

STM32U5創(chuàng)新特性

跟隨意法半導(dǎo)體中國(guó)區(qū)微控制器產(chǎn)品市場(chǎng)經(jīng)理彭祖年的介紹讓我們來(lái)了解一下STM32U5的魅力何在？

新的STM32U5系列應(yīng)用高能效的Arm Cortex-M33內(nèi)核，采用40nm制造技術(shù)，集成意法半導(dǎo)體專(zhuān)有的創(chuàng)新節(jié)能技術(shù)和片上IP，在提升系統(tǒng)性能的同時(shí)極大降低了系統(tǒng)功耗。新產(chǎn)品系列應(yīng)用各類(lèi)新的設(shè)計(jì)，包括低功耗后臺(tái)自主模式、先進(jìn)的安全功能，并且取得PSA 3級(jí)和SESIP3安全認(rèn)證、圖形加速器可實(shí)現(xiàn)功能豐富的圖形用戶(hù)界面提升用戶(hù)體驗(yàn)。

超低功耗MCU實(shí)現(xiàn)無(wú)與倫比的性能

該系列產(chǎn)品有著獨(dú)特的低功耗后臺(tái)自主模式。彭經(jīng)理解釋說(shuō)，STM32U5的獨(dú)具創(chuàng)新之一是，LPBAM在休眠的模式下獨(dú)立完成外設(shè)的數(shù)據(jù)獲取工作，避免了頻繁喚醒Cortex-M33內(nèi)核，這一改變使得功耗降至十分之一?？芍С值耐庠O(shè)有

? I2C3

? SPI3

? LPUART1

? ADC4(12-bit) / DAC

? ADF1(Voice Activity Detection)

? LPTIM(1,3,4)

? LPGPIO

這些外設(shè)上的數(shù)據(jù)在不換醒CPU的情況下搬運(yùn)進(jìn)STM32U5內(nèi)部的SRAM4，當(dāng)數(shù)據(jù)聚齊到一定量時(shí)，再整體換醒，一次性批處理。

該芯片內(nèi)部還有多種靈活的功耗管理模式，結(jié)合省電小技巧可以幫助用戶(hù)將產(chǎn)品在功耗上做到極致。例如可以通過(guò)內(nèi)置SMPS降低內(nèi)核電壓、微秒級(jí)功耗模式切換、SRAM支持分區(qū)保存、內(nèi)置Flash上的低功模式設(shè)計(jì)，用戶(hù)可將不常用的bank在低功耗模式下斷電,如此可以節(jié)省功耗40μA左右，當(dāng)指令跳轉(zhuǎn)到睡眠Flash ,系統(tǒng)自動(dòng)換醒，只需5μA左右?；蛘咦屍溥M(jìn)入低功耗模式，可以節(jié)省45μA的能耗。

提到功耗，大家關(guān)注更多的可能是μA/MHz這是參數(shù)，但其實(shí)這并不代表系統(tǒng)整體功耗水平。ULPBENCH提供多項(xiàng)benchmark用于從不同側(cè)面體現(xiàn)MCU的超低功耗特性，該測(cè)評(píng)綜合評(píng)估系統(tǒng)的運(yùn)行性能如運(yùn)行功耗、睡眠功耗、喚醒時(shí)功耗、外設(shè)功耗。其對(duì)STM32U5的測(cè)試結(jié)果顯示，與過(guò)去幾代STM32超低功耗產(chǎn)品相比，STM32U5系統(tǒng)達(dá)到了240 DMIPS 以及651 Coremark性能評(píng)分。同時(shí)為了進(jìn)一步挖倔芯片性能的潛力，在該芯片上還設(shè)計(jì)了如數(shù)學(xué)運(yùn)算加速器、ART 加速器這樣的外設(shè)去輔助以及加速整個(gè)芯片內(nèi)部運(yùn)算的系統(tǒng)效率。

STM32U5具有豐富的片上資源，首發(fā)的STM32U575和STM32U578覆蓋512 K 到2M的Flash Dual Bank，786 KB RAM;8k I-Cache和4k D-Cache ，這兩塊緩存除了可以加速內(nèi)部Flash的讀取和數(shù)據(jù)讀取外，還可以通過(guò)一些外設(shè)接口加速通過(guò)SPI外擴(kuò)到FLASH。

更高的信息安全特性

STM32U5是基于Cortex-M33內(nèi)核，天生支持 TrustZone的架構(gòu)，但ST的工程師認(rèn)為，STM32U5的安全僅憑這點(diǎn)是不夠的。因此他們?cè)趦?nèi)部存儲(chǔ)，總線(xiàn)，外設(shè)上都做了隔離配置和設(shè)計(jì)。除了隔離之外，還加強(qiáng)了更多的安全加密的功能；全程可控功能，4層保護(hù)狀態(tài)機(jī)，支持密碼降級(jí)豁免；針對(duì)讀出保護(hù)，在STM32U5中也做了全新的更新；以及主動(dòng)式防侵犯的設(shè)計(jì)，在這樣的一個(gè)完整的架構(gòu)下，該芯片的Secure Boot也可以讓整個(gè)安全設(shè)計(jì)獲到一個(gè)信任根，最終STM32U5這款產(chǎn)品通過(guò)PSA 3級(jí)認(rèn)證，這也是STM32中第一款獲得該認(rèn)證的產(chǎn)品。

完備的生態(tài)系統(tǒng)資源

為了方便用戶(hù)對(duì)產(chǎn)品的評(píng)估和研發(fā)，ST還提供全功能的評(píng)估版、IoT 探索套件、和最小系統(tǒng)的STM32 Nucleo ，相信關(guān)注STM32的用戶(hù)對(duì)這三類(lèi)的評(píng)估硬件都不陌生，值得一提的是在IoT 探索套件中，搭載多連接模式通訊和多種感知系統(tǒng)，可與云服務(wù)實(shí)現(xiàn)直連。除了STM32U585 MCU 外，還增加了許多的傳感器、以及音頻的麥克風(fēng)、BLE模組、Wi-Fi模組等。

STM32一直為用戶(hù)提供全套的軟件支持從工具、嵌入式軟件庫(kù)到擴(kuò)展包。在STM32U5上，ST和微軟合作在中間件上增加了Azure RTOS 相關(guān)的補(bǔ)充資源，除了基于Azure RTOS ThreadX 的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)外，還通過(guò)授權(quán)拿到了Azure RTOS FileX，F(xiàn)AT 文件系統(tǒng)等支持，如存儲(chǔ)器件上的故障容錯(cuò)、磨損均衡、壞塊管理等。這些在最新版的CUBE軟件包上均可得到支持。用戶(hù)也可以從以下網(wǎng)址下載軟件組件的更新https://github.com/STMicroelectronics/STM32Cube_MCU_Overall_Offer 。

STM32U5 的軟件開(kāi)發(fā)工具完美支持 Arm V8-M Cortex-M33 內(nèi)核架構(gòu)的應(yīng)用開(kāi)發(fā)過(guò)程，除了STM32CubeMX 外，今年的第四季度ST也會(huì)針對(duì)STM32U5的低功耗后臺(tái)自主模式，增加IDE工具，以及STM32 燒錄及測(cè)試監(jiān)控工具。

上面提到過(guò)STM32U5是首款通過(guò)PSA 3級(jí)認(rèn)證的芯片，PSA 3級(jí)要求芯片在安全的框架下能夠支持非可變的信任根，該信任根就需要通過(guò)STM32U5上所支持的安全啟動(dòng)功能去達(dá)到。ST可提供參考代碼幫助用戶(hù)實(shí)現(xiàn)安全的啟動(dòng)和安全的加載。STM32U5除了可以將內(nèi)部的服務(wù)和軟件區(qū)分成可信區(qū)和非可信區(qū)外，同時(shí)也可以在軟件的權(quán)限上設(shè)置管理權(quán)限和用戶(hù)權(quán)限，在管理員權(quán)限下的可信區(qū)內(nèi)，還會(huì)有一個(gè)TF-M本地安全服務(wù)提供給用戶(hù)，包括加解密、安全存儲(chǔ)、可信存儲(chǔ)區(qū)初始化、證書(shū)初始化等。

STM32U5還可以提供安全的固件加載功能，該功能可保護(hù)有些用戶(hù)將生產(chǎn)環(huán)節(jié)授權(quán)給第三方而不能做到全程控制導(dǎo)致的安全隱患，該新品通過(guò)內(nèi)部的SFI進(jìn)行保護(hù)遠(yuǎn)程量產(chǎn)燒錄的全過(guò)程。

總結(jié)：STM32U5最大的三個(gè)特點(diǎn)，超低功耗、性能提升以及安全可靠，目前已有2億顆出貨量。ST微控制器過(guò)去五年中全球份額幾乎翻了一倍，STM32功不可沒(méi)，該系列出貨量迄今超過(guò)20億，占約25%的市場(chǎng)份額。最新產(chǎn)品STM32U5從研發(fā)到上市，ST就對(duì)該新產(chǎn)品充滿(mǎn)了期望，其三大特性的匯集必將為IOT用戶(hù)帶來(lái)全新的體驗(yàn)。