STM32 MCU质量兼具 意法为智能科技打造坚实基础
- 台北讯
作为全球MCU领导厂商,意法半导体除了持续深耕原有领域外,也不断开创出全新产品,目前旗下的STM32产品线已超过800款,日前ST所举办的「意法半导体STM32微控制器技术研讨会」,就邀请该公司与高科技产业的专业人士,针对STM MCU的技术与应用开发,提出精辟见解。
ST业务总监陈人福在开场时指出,智能化已成为现在IT产业最重要的趋势,而智能化愿景要落实,必须倚靠不同类型的硬件产品,其中MCU将扮演重要角色,ST投入MCU技术多年,其产品应用非常广泛,从车用、智能物件到智能家庭、智能工厂、智能城市等,都有ST MCU的足迹。
而在所有应用中,ST看好物联网与智能驾驶两大市场的成长动力,且早有对应的MCU产品,并提供完整的开发工具与服务谘询,让设备制造商缩短产品上市时程的同时,还可兼顾品质与成本。
软硬兼具 STM32应用更全面
对于ST在STM32的布局,资深产品行销经理杨正廉在「STM32全系列微控制器产品蓝图及市场」议题中指出,ST致力于MCU的研发,全球市占率快速攀升,根据研究机构MMS的报告指出,在2007年时,ST的全球MCU市占率仍在10名外,在未有购并案仅靠自身新产品推出的态势下,排名不断攀升,在2013年已是全球第2。
目前STM32系列共有12种类型产品、52个品项,从低功耗、高效能到无线通讯产品,其产品线相当齐全,且其供货保证都在10年以上。在运算核心部分,ST与ARM长期合作,已取得ARM全系列的核心授权。
近期ST所推出的新高性能和超高性能的STM32超值产品线让开发人员能够更灵活地研发价格亲民,而且以性能为导向的实时物联网设备应用系统,不会影响目标应用的功能或网络安全性,并简化了嵌入式快闪存储器功能,只保留最基本的重要配置,且仍然可以在芯片上安全地运作安全启动代码、敏感代码和实时常式,达到嵌入式快闪存储器存取时间相较外部快闪存储器快上25倍之优势。
而ST最近所收购的专业软件开发商Draupner Graphics,其TouchGFX软件是一款非常先进和优化的微控制器图形化使用者界面解决方案。收购Draupner Graphics将加速TouchGFX和STM32的产品发展,为嵌入式开发人员及其客户提供更多的先进功能,让人们每天使用的设备都有高标准的人机界面。
为了加快工程师的STM32开发速度,ST也不断推出全新的开发工具STM32CubeMX,杨正廉指出,此一开发软件可自动更新功能确保使用者的LL API软件为最新版本,透过新款软件自动生成外部周边初始化代码,目前支持可STM32L0、STM32F0、STM32L4和STM32F3等4个系列。
此外ST在2017年购并了软件开发工具商Atollic,成为ST旗下的TrueSTUDIO,是获得业界好评的IDE(整合式开发环境),这也将让已Cortex-M为运算核心的STM32嵌入式开发更为方便快速,杨正廉指出,未来ST将持续投入产品与开发工具的研发,为工程师提供更完善的服务。在新产品部分,技术行销经理余玟宏特别介绍了ST的STM32WB无线系统通讯芯片,此款产品是ST第一款具备无线通讯设计与双核心设计的MCU,内嵌ARM Cortex-M4与M0+双核心,还支持BTLE 5.0、THREAD、ZigBee与其他2.4GHz频段等射频通讯协定。
在双核心设计上Cortex-M0+核心为射频控制器,执行低功耗BLE 5及IEEE 802.15.4射频实时处理任务,并支持双通讯协定模式,为联网设备提供更多选择,同时减轻主处理器负荷。
Cortex-M4核心可独立用于运行系统应用,数据运算和周边控制,因此双核心的架构也为产品效能和电源管理也带来优势。在功耗方面,STM32WB采超低功耗设计,其2.4GHz射频电路发送功耗仅为5.5mA,接收功耗只有3.8mA,并可以达到的-102dBm射频链路预算,输出功率+6dBm。
STM32WB是建立在STM32L4超低功耗系列的基础上发展而来,故STM32WB直接受惠STM32丰富的周边界面和友善的开发环境,使用者可利用ST的开发生态系统STM32CubeMX配置针脚和内部参数,并提供周边驱动程序、中介软件、编码范例和专属的STM32 Nucleo开发板。
为了协助工程师加速开发同时简化射频测试程序,STM32WB将提供专属连接工具STM32CubeMonitor-RF,余玟宏指出,物联网落地趋势加快,各类型设备对联网的需求也随之提升,STM32WB的双核心、开发生态系统与进阶整合特色,将可加快联网产品设计速度,提升产品竞争力。
高端MCU 聚焦智能化应用
在STM32的高端产品部分,则以F7与H7两大系列为主,技术行销专案经理王柏雄表示,这两款产品的核心都采用了ARM Cortex-M7。其中F7系列同时结合了其高端周边装置,可提升应用程序效能、确保安全以及尽可能减少使用外部元件,以节省成本与空间。
STM32F7已发展多年,其产品线与生态系已相当完整,此系列提供了12种方案,其快闪存储器从256k~2Mb,针脚为64至216,封装方式则有LQFP、TFBGA与WLCSP等3种。目前STM32F7的主要周边连结应用包括TFT-LCD控制器、SPI、UART、SD卡、以太网络等,在开发板部分则提供了STM32 Nucleo Boards、Discovery Kits与Evaluation Boards。
ST另一款高端MCU–STM32H7为40纳米半导体制程,主要应用在工业、医疗与消费性领域,像是工业系统的人机界面、控制器、运动控制,医疗领域的健康照护与仪器或消费性电子的物联网闸道器、智能家庭设备等。
由于H7在物联网的应用广泛,而近年来网安成为物联网的建构重点,对此STM32H7也强化了安全设计,在内部加入口令演算法硬件加速器和安全金钥储存空间,进一步提升系统的安全等级。
完善软件开发平台 提供一条龙设计服务
除了硬件产品外,软件开发平台也是ST在MCU领域的重要布局,技术行销专案经理张世昌就针对STM32CubeMX的生态系统进行一系列解说,他指出,STM32Cube支持STM32全系列MCU产品,且为100%免费的解决方案,从MCU筛选、硬件规划到韧体开发提供一条龙的设计服务。
张世昌表示,STM32CubeMX为积木式架构,将MCU周边的驱动程序与中介软件设计为各类型模块,使用者可以依本身需求挑选堆叠出适合的系统,节省工程师开发相关程序与韧体的工作与时间,另外ST也提供多样的开发板,借此降低产品开发时初步验证与评估的成本。此外STM32CubeMX采Java跨平台设计,支持目前市面上包括Windows、Linux、Apple iOS等所有操作系统。
STM32CubeMX提供了统一界面API,若工程师要变动升级硬件产品,只要从底层直接抽换即可,此一硬件抽象层概念让API成为可携带式,由于STM32的所有系列其周边的API定义都相同,因此面对ST 不同系列的MCU提供了韧体上的一致性,这也让STM32CubeMX在使用上更为简易,除此之外,此一开发软件还有诸多功能如MCU功耗计算器,可让客户迅速评估出目前产品设计的平均功耗及电池寿命的预估,未来ST将持续整合更多元化的功能及不同应用所需的中介软件,提供工程师更便利的工具。
除了STM32CubeMX外,此次研讨会也邀请ARM(安谋)资深应用工程师谭丞甫,为与会者介绍该公司为Cortex-M设备使用的免费操作系统Mbed OS。谭丞甫指出,此一作业软件主要针对物联网开发所设计,由于物联网底层设备对低功耗、小体积有其要求,再加上设计简单、应用情境多,因此开发者急需适用的作业软件,Mbed OS就是负责串接硬件与应用两端,让系统开发更简便。
在通讯方面,Mbed OS支持了包括3G、LTE、Bluetooth Smart、Wi-Fi与 6LoWPAN等协定,物联网常用的Sub-GHz、ZigBee和Thread也都被纳入,另外ARM也提供装置管理服务,能够在云端、内部部署(on-premise)或是混合配置的环境下,得以安全地连接、管理及更新各式装置。谭丞甫表示,ARM打造了物联网架构中的基本功能,透过其Cortex-M与装置管理能力,就可在SDK上直接开发所需功能,这将使系统的开发更具弹性,且时间更短。
云端是未来各类型物联网架构的重要平台,因此Amazon的云端基础设施AWS针对物联网提供了多种工具与服务,Amazon在2006年推出AWS云端平台之后,除业务开发之外,也持续投入研发,至今已有超过4,000种服务项目。针对物联网的部分,AWS在2017年正式发表物联网闸道器解决方案后,发展至今,也已有多种设备与产品通过认证。
AWS致力打造完整的物联网生态系统,各软硬件厂商均可加入AWS 合作夥伴网络进入其开放性平台,透过此平台连链结全球产业。除了平台外,Amazon也推出各种应用程序与工具,协助厂商快速打造云端物联网架构,FreeRTOS就是其一。
Amazon FreeRTOS是专为MCU设计的操作系统,由于物联网的应用多元,系统中各类型设备必须因应不同环境有个别设计,Amazon FreeRTOS可让小体积、低功率终端设备的程序设计、部署、管理、连接等工作更易于进行,透过此工具与平台,工程师将可打造出最适化的物联网架构。
在与其他技术的结合部分方面,NFC是近年来物联网应用中,扩展速度最快的技术之一,而MCU与NFC都是ST的重点产品,资深技术行销工程师吴祥民指出,目前已有多种将这两大技术结合的物联网系统。
NFC的主要组成包括标签与读写器,在标签方面,其存储器均以EEPROM为主,ST在这部分提供了多样不同领域的应用产品。至于RFID,ST则在低频、高频、超高频都有相对应产品。由于NFC/RFID技术不断精进,再加上MCU的低耗电与小体积设计走向,这两者的结合延伸出多种智能化应用,像是家电产品中各种设备与耗材,就可用NFC/RFID的标签、读取器和MCU作为匹配,而这类型的智能应用机会越来越多。
随着物联网应用的加快落实,各类终端设备的运算处理与联网功能日渐重要,STM32系列MCU的齐全产品线与大幅度涵盖面积,为工程师在设计物联网产品时,带来绝佳助益,杨正廉表示,接下来ST将会持续投入技术与应用两端的研发,提供客户品质兼具的MCU产品。