STM32U5,意法半導體新打造的超低功耗MCU旗艦版

2022-01-03 嵌入式資訊精選


工程師在設計使用電池供電的電子產品時,最在意的一個指標就是功耗。眾所周知,意法半導體(ST)的STM32超低功耗系列更是將功耗做到了極致。意法半導體中國區微控制器市場及應用總監曹錦東表示,近兩年ST的收購主要聚焦於無線和AI,未來會有更多端側設備運行AI算法,這些產品對低功耗就更為敏感。為此,近日ST在全球同步發布了其STM32系列超低功耗MCU的旗艦版產品—STM32U5。

意法半導體中國區微控制器產品市場經理彭祖年介紹,STM32U5基於Arm Cortex-M33內核,這是繼第一款基於Cortex-M33內核的STM32L5後,ST開發的第二款基於此內核的MCU產品。雖然同屬於低功耗系列MCU,但是STM32U5並沒有延續工程師早已熟悉的「L」命名,而是採用全新的「U」來命名,主要因為STM32U5並非只是STM32L5的簡單升級,而是有一個質的飛躍。STM32U5採用全新的40nm製造技術,這是一個適用於MCU的先進位程,可以大幅節省動態工作模式下的功耗。

彭祖年介紹,STM32U5主要滿足可穿戴、個人醫療、家庭自動化和工業傳感器等對功耗敏感的智能應用設備。

迄今為止,STM32超低功耗MCU出貨量已經超過20億,ST已經憑藉豐富的低功耗技術儲備和對低功耗市場的專注,在超低功耗MCU領域具有強大的優勢。彭祖年介紹,這款精心打磨的STM32U5更是在降低功耗方面做足了功課:①採用全新工藝製程,從硬體層面降低功耗。②低功耗後臺自主模式,通俗解釋就是早期設計的晶片進入低功耗休眠模式後,MCU要斷電,但是晶片外圍還有很多傳感器在不斷採集並傳輸數據,需要不斷喚醒MCU處理數據,而STM32U5中有一個非常巧妙的外設,設置了一個16KB的SRAM4來存儲傳感器發送過來的數據,等數據累積到一定的量時(具體多少,客戶可以根據應用需求設定),喚醒MCU集中處理,這樣避免了MCU被頻繁喚醒,從而使休眠功耗降低到原來的十分之一。③更多功耗模式和省電小技巧,STM32U5有多種工作模式滿足不同場景下的應用需求。STM32U5採用根據工作負荷優化能耗的動態電壓調節和高效讀取快閃記憶體的ST ART Accelerator訪存加速技術。此外,STM32U5集成了一個先進的DC/DC電壓動態轉換器和低壓降(LDO)穩壓器,系統可以靈活選擇內核供電方式,從而將STM32U5動態功耗降低到19μA/MHz以下。

耗費了巨大精力在功耗上做文章的意法半導體的工程師並沒有忽略性能的提升,因為客戶也絕對不會為了追求功耗而犧牲性能,彭祖年介紹STM32U5的主頻達到160MHz,CoreMark分數達到了651,這兩個指標其實可以媲美高性能系列的STM32F4。目前,STM32U5配置了128KB~2MB的片上存儲器,未來向上還會擴展到4MB,以滿足更多樣的需求。尤其需要注意的是,在STM32U5內用多功能數字濾波器(MDF)和音頻數字濾波器(ADF)取代了此前產品中採用的Sigma-Delta調製數字濾波器(DFSDM),極大提高了聲音檢測功能,從而使客戶將AI集成到低成本、低功耗微控制器的應用中。的確,語音是未來的一大發展趨勢,STM32U5已經做好準備!

STM32U5,首款Level3安全級別的STM32產品

STM32U585通過了PSA 3級和SESIP(Security Evaluation Standard for IoT Platforms)3安全認證(後文稱為Level 3),通過了邏輯、電路板和基本物理三項防禦測試,也是首款通過Level 3認證的STM32產品。工程師們已經熟知,Cortex-M33是首款採用TrustZone安全技術的處理器架構,同樣基於Cortex-M33的STM32L5通過了Level 2認證,而STM32U5通過的是Level 3。彭祖年介紹,Level 2和Level 3區別在於,Level 2主要是防軟體攻擊,比如網絡攻擊,而Level 3可以同時防止軟體和硬體攻擊,以抵禦邊界攻擊,能夠達到支付的安全認證要求。在沒有STM32U5前,獲得PTS(PIN交易安全)官方批准設備標誌的產品通常需要專門用於防禦在線攻擊和邊帶攻擊的安全晶片,還要單獨用一個MCU管理鍵盤、顯示器和USB連接等功能,現在採用一顆STM32U585就可以解決所有這些問題,既簡化了產品設計,又節約了BOM成本。

STM32U5引入了很多先進的安全技術,如AES加密引擎和公鑰算法加速器(PKA)硬體單元具有抵禦側信道攻擊的能力;使用硬體唯一密鑰(HUK)保護數據存儲安全;主動防篡改檢測;內部監控技術可以在發生幹擾攻擊時刪除保密數據,有助於滿足PCI安全標準委員會對銷售終端設備(POS)的安全要求;設置固件燒錄次數,即使授權第三方進行燒錄也可保證安全。

STM32之所以得到廣大工程師的認可,其強大的生態系統功不可沒。STM32U5依然不例外,評估開發板(STM32U575I-EV)、IoT探索套件(B-U585I-IOT02A)和STM32 Nucleo(NUCLEO-U575ZI-Q)三種硬體開發工具均已上市;STM32CubeMX、第三方IDE工具、STM32燒錄及測試監控工具等軟體開發工具均可使用。除此之外,STM32Cube軟體套件還集成了Microsoft Azure RTOS,擴充了中間件。曹錦東表示,其實ST也一直在與國內嵌入式作業系統公司進行深度合作,他們的RTOS也可以集成進來。

MCU的功耗、性能和安全是很多嵌入式工程師在選型時候非常看重的指標,背靠STM32強大生態系統這棵大樹的STM32U5,應該會成為工程師的極佳選擇。

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