為了方便開發人員在無線IoT項目中靈活地使用STM32WL系列晶片，意法半導體(ST)日前在2020年1月推出的單核STM32WLE5產品基礎上，新推出了採用Arm Cortex-M4和Cortex-M0+雙核架構設計的STM32WL55和兩個非LoRa產品型號，即單核的STM32WLE4和雙核的STM32WL54。
無線MCU市場異軍突起ST在2020年進行的收購中，有3起與STM32無線MCU直接相關，包括超寬帶(UWB)廠商BeSpoon、Riot Micro的蜂窩物聯網連接資產、以及專注於矽功率放大器和RF前端模塊(FEM)產品的SOMOS公司，可謂雄心勃勃。按照意法半導體中國區微控制器市場及應用總監曹錦東的說法，ST的無線MCU戰略，將是「打造一個覆蓋從家庭到工業，從短距到長距，從低速到高速的全方位，多維度的無線產品生態系統。」
根據MarketsandMarkets的報告，全球無線連接市場規模預計將從2020年的690億美元增長到2025年的1411億美元，複合年增長率為15.4％。推動無線連接市場增長的主要因素包括智能基礎設施發展中對無線傳感器網絡的需求增加、網際網路滲透率的顯著提高、新冠肺炎流行帶來的在家辦公和線上學習等趨勢的增長、以及物聯網應用中對低功耗廣域(LPWA)網絡的需求增加。而亞太區無線連接市場的增長，可歸功於消費類電子產品、可穿戴設備和智慧城市項目等應用中對晶片組的需求不斷增長。
該報告指出，各種無線連接技術(如ZigBee、BLE、UWB、LTE Cat-M/NB-IoT、LoRa/Sigfox)性能的大幅提升，加速了無線傳感器在智能家庭和辦公室中的部署。同時，隨著工藝優化、家庭自動化和生活方式的改善，傳感器成本不斷下降，使得無線傳感器網絡(WSNs)的應用越來越廣泛。
細化到無線MCU市場，目前，其在工業和消費類應用中佔比最高，分別為43%和37%。從MCU位數和內核來看，32位無線MCU佔比為80%，成為主流；基於Arm內核的產品總佔比達到了60%，成為主流。其中，基於Arm Cortex-M0內核的無線MCU佔比最大，達到了41%；其次為Arm Cortex-M3，而作為近幾年新興起的RISC-V佔比為8%，產品發展速度較快。
「從晶片角度來講，更大的存儲、更新的工藝和更低的功耗，是千年不變的需求。」曹錦東說未來，除了集成更多無線通信技術外，更先進的安全保護與更高的本機自主智能將成為STM32發展的另外兩個維度。這意味著，對ST而言，如何向客戶提供從軟體到晶片、再到系統的完整人工智慧方案？如何提供從內核/IP，到軟體，再到系統的安全方案，既是挑戰，也是機會。
從左至右依次為：意法半導體中國區微控制器市場及應用總監曹錦東，意法半導體亞太區STM32WL無線微控制器策略總監陳德勇，意法半導體高級應用工程師徐向東
他強調說，作為世界主要經濟體中唯一在2020年實現正增長的國家，中國市場始終處於ST全球戰略的核心。考慮到當前數字經濟的大幅增長態勢和越來越複雜的系統設計，ST將把重點應用、大眾市場和生態系統作為其在中國市場發展的三大支柱。
與眾不同的特性與集成藍牙、Zigbee等2.4GHz無線技術的STM32WB系列不同，STM32WL主要集成LoRa/Sigfox等LPWA技術。這類技術一般基於Sub-1GHz無線網絡技術，覆蓋範圍從幾公裡到10多公裡不等，傳感終端採用電池供電，傳輸速率低、數據量小，電池續航可達幾年甚者10幾年。而簡化輕量的協議降低了硬體設計的複雜性，降低了設備成本和昂貴的基礎設施投入，並且由於使用免許可頻段，也降低了網絡成本。
意法半導體亞太區STM32WL無線微控制器策略總監陳德勇援引IHS和LoRa聯盟的數據稱，截至目前，LoRaWAN網絡已在全球162個國家中得到部署，相關運營商達148家，並和Sigfox一道成為增長幅度最大兩種技術。
作為目前全球唯一支持LoRa低功耗廣域網(LPWAN)的系統級SoC單晶片， STM32WL系列支持多種調製方案的Sub-GHz射頻子系統，包括LoRa、Sigfox、無線儀表總線(wM-Bus)等協議和其他專有協議，以及Sub-GHz標準所用的(G)FSK、(G)MSK和BPSK調製技術。
在設計中，STM32WL系列射頻電路採用了Semtech SX126x收發器IP內核，並針對STM32平臺的功率模式進行了二次設計。射頻部分包含兩個最大發射功率15dBm和22dBm的內部功率放大器，高低功率發射模式可以覆蓋全球150MHz至960MHz的免執照頻段，確保晶片兼容所有地區的低功率廣域網。高集成度是射頻部分的另一大設計亮點，高速外部(HSE)時鐘與射頻信號同步只需一個晶振，無需外部功率放大器(PA)，可最大程度地減少總物料清單(BoM)成本和解決方案的面積。
架構方面，除了基於支持DSP擴展指令集的高能效Arm Cortex-M4內核外，得益於動態電壓調整等超低功耗技術，以及ART Accelerator自適應實時加速技術，可實現執行快閃記憶體代碼零等待周期。MCU快閃記憶體容量可選，最高256KB，使開發人員可以為整個平臺（包括應用和射頻）選擇最佳的代碼和數據存儲容量。
內置的網絡安全功能包括硬體對稱加密和公鑰加速器、硬體隨機數發生器(TRNG)、扇區讀/防寫、雙核安全區域隔離，以及支持最先進的加密算法，包括RSA、ECC和ECDSA。
此外，用戶可以利用STM32Cube開發生態系統來簡化產品開發，縮短產品上市時間。資源包括STM32CubeMX項目配置和代碼生成工具、STM32CubeMonitor運行時監視和可視化工具，以及STM32CubeProgrammer代碼燒寫工具。
STM32CubeWL MCU軟體包的組件包括STM32WL系列運行所需的全部嵌入式軟體模塊，包括外設驅動程序、ST的LoRaWAN協議棧、Sigfox協議棧，以及利用ST的安全啟動和安全固件更新(SBSFU)技術實現LoRaWAN固件無線更新(FUOTA)的示例代碼，其他的協議棧包括授權合作夥伴開發的Stackforce W-MBus協議棧。
數據所有權決定方案選擇權？關於LPWAN和NB-IoT方案的比較，是近兩年行業討論的熱點之一，有說法認為，具體選擇何種技術，最終完全取決於數據掌握在誰的手中。對此，陳德勇表示，過去幾年裡，中國對包括NB-IoT技術在內5G推廣力度極大，使得NB模組價格一路下探，直逼傳統的2G模組價格，對一些應用開發者來說這是極具吸引力的。對於LoRa而言，工信部此前的批文消除了開發者此前對組網限制、使用合法性等方面的顧慮，使之在很多私有場景和區域網應用中得到了快速部署。從ST的角度來看，無論用戶採用何種技術，都能通過STM32平臺找到最佳方案。
曹錦東指出，關於LPWAN和NB-IoT方案的選擇，需要從以下三方面進行仔細衡量：
第一， 取決於網絡是否容易部署。對NB來說，優勢在於會有運營商幫它把整個網絡基站都部署好，但缺點在於並不是所有的地方都有網絡可以覆蓋，這是一個矛盾。LoRa網絡不需要考慮運營商，想建在哪裡就建在哪裡，但具體應用場景需要自己搭建；
第二， 數據掌握在誰手上？
第三， 從運維角度來講，NB網絡牽扯運營商，運維或者升級時會有資費問題，但LoRa一旦部署之後就不存在這樣的問題。
「總體來說，用戶在部署前需要從可用性、網絡覆蓋率、可維護性，功耗差異性等多維度進行思考，但目前乃至將來一段時期內，NB和LoRa共存的趨勢不會發生變化。」曹錦東說。