掌握STM32全攻略 缩短开发时程让设计最佳化

意法半导体STM32WB支持多样无线传输协议的解决方案。

智能化成为各类型产业最重要的趋势，作为电子设备最重要控制元件的MCU，在此波浪潮中也须同步进化，意法半导体(ST)是全球电子零组件的重量级厂商，旗下的STM32系列，不仅拥有目前市场上最齐全的MCU产品线，并广泛应用在各种场域，为使工程师进一步了解STM32的产品特色与生态系，ST特于6月底举办STM32在线研讨会，协助工程师缩短开发时程，设计出高性价比产品。。

ST亚太区资深产品行销经理杨正廉指出，STM32全系列产品采用了ARM Cortex-M，目前旗下的17大产品线，共使用了ARM Cortex-M0+、M3M4、M7、M33等核心，在此同时，ST也建构起完整的开发环境，STM32的所有产品都可在同一平台上开发，借此省下大笔开发费用，再加上长期供货保证，让厂商的开发资源投入与订单获得保障。

杨正廉进一步列举STM32的产品蓝图，STM32G4是专为类比信号处理、数码控制等重度使用者而设计。STM32WB和STM32WL则为配置无线传输界面的MCU，可连结蓝牙、LoRa等RF通讯标准。除了既有的作业软件架构之外，为了强化Linux的支持，STM32MP1即是为回馈市场需求而诞生，此产品主要特色是以Cortex-A7搭配Cortex-M4，具有计算和图形处理能力，兼具高效能实时控制和高功能整合度。除此之外，AI已成为科技产业近年来的重要技术，STM32在此已可支持相关应用，让使用者在设计发想时有更多元的参考。

因应智能化需求 新功能不断问世

对于先前提到的STM32WB，ST应用工程师Eason Wang指出，近期物联网趋势兴起，传输通讯成为各设备的重要功能，ST在2018年推出的STM32WB，就是为了回应市场需求而设计。此款产品的七大特色包括开放式的2.4GHz与多种射频选择、双核心可全面控制超低功耗、已就绪的物联网保护、大幅整合可有效控制成本、产品种类丰富、先进开发工具与10年供货保证。

在核心部分，此款产品整合了ARM Cortex-M4与一个ARM Cortex-M0+，前者负责运算主要应用开发，后者执行低功耗蓝牙5与IEEE 802.15.4射频等实时处理任务，其射频控制器也能同时运转其他无线通讯协定，包括OpenThread、ZigBee或专有通讯协定，提供设备更多联网选择。STM32WB的双核分工模式，可让设备兼顾效能与功耗考量。功耗方面，在主动模式3.0V下，功耗仅有50µA/MHz，待机模式则为2.1µA，若处于关机状态，则小于50nA。周边包括I²C、USART、LP-UART、SPI、USB2.0 FS等传输界面，透过完整的整合，有效控制成本，从而设计出最佳化产品。

除了通讯之外，AI也是近年来各产业的焦点技术，ST的Ethan Huang指出，AI的应用平台已从超级电脑、智能手机延伸到MCU。不过要在MCU上实现机器学习并不容易，首要的瓶颈就是存储器容量。对此ST早在二年前就已推出CubeAI，协助工程师打造AI产品。

Ethan Huang表示，STM32开发神经网络应用，会有五个主要的步骤，包括数据蒐集、数据整理与神经网络拓朴架构的决定、训练模型、使用CubeMX搭配CubeAI评估训练结果的可用性、在STM32上执行模型。从这五大步骤可以看出CubeAI是STM32 AI方案的核心，CubeAI可以转换的模型类型包括Keras、TensorFlow Lite、Caffe及ONNX。除了转换之外，CubeAI也可以提供RAM和FLASH的存储器用量、神经网络模型的复杂度的评估，同时CubeAI也可以提供inference time 推论时间及MCU负载的实际量测报告。整体而言，STM32的AI方案是以CubeAI为核心，支持了众多的STM32系列，提供工程师更多MCU选择，借此顺利完成产品开发。

STM32高效能MCU 应用广泛广受业界肯定

在高效能MCU方面，Bossen WU介绍了ST的STM32H7。此款产品主要应用于工业控制、家庭安全监控与健康照护等领域。特色包括超高的性能、双核心架构、先进的网安设计与丰富生态系统。STM32H7系列在2016年问世，2019年推出双核心产品，今年则瞄准图形化显示应用，进一步扩充产品效能，将内建存储器一举提升到1.4MB。

对于STM32H7的超高效能，其单核心所采用的ARM Cortex-M7时脉已有480MHz，双核心架构除了M7外，再加上ARM Cortex-M4的240MHz，其效能表现远超市面同等级产品。系统架构部分，STM32H7的设计，可视使用需求，应用于工业或需要AI运算的系统中，另外其内建硬件口令学演算加速器，加上ST自行开发的网安机制，可以有效的保护软件资产。STM32H7已提供了完整的参考设计，工程师可进入相关的社群网站和官方网站，并藉由STM32Cube丰富的生态系统，协助开发人员大幅缩短开发流程。

至于在应用端，STM32已被广泛导入至各种设备，数码电源与马达控制又是其中两大重要领域。Otis Chan指出，STM32系列中的STM32G4，架构在执行频率高达170MHz的Cortex-M4核心上，其执行效能可高达550 CoreMark。在整合性方面，此产品高度整合类比周边及数码周边的产品组合，可补强既有的STM32F3系列产品线。

目前STM32G4的主要应用范畴，均着眼于其产品特色，例如高工作频率，数学运算加速器与马达控制计时器，就适用于家电产品中的马达应用中。工业设备则会需求其125℃工作温度、新一代的CAN-FD通讯协定与丰富串行界面等规格；至于高端消费性产品，大多是看中此产品内建的USB type-C PD3.0界面、丰富的类比周边与高的效能功耗比；除此之外，数码电源与电动车充电站也都会是STM32G4的潜力应用。

STM32Cube打造业界最完整开发生态系

至于在开发部分，Otis Chan特别介绍最新的STM32马达控制软件开发套件(MC-SDK)，此套件建立在高度整合的STM32Cube生态环境基础上，使用者可在灵活、易用的专业环境中设计马达控制应用，因此广受工程师爱用。

谈到开发环境，就不能忽略STM32Cube的重要性。完整的产品线固然是工程师的强力后盾，然而庞大的产品种类与功能，可能在产品设计与选择时产生困扰，这时就必须借助STM32Cube丰富的生态系。Kevin Liang表示，STM32Cube的工具众多，从产品开发流程来看，在初期的选型与资源配置阶段，可使用STM32CubeIDE或是STM32CubeMX，工程师只要输入条件，MCU选择器就可推荐合适的STM32 MCU产品，利用直觉式的图形化界面进行MCU资源的配置与设定。进入开发期，可使用STM32CubeIDE搭配STM32Cube MCU Package与STM32Cube Expansion软件资源，进行编译与除错，快速有效的完成应用端程序的开发。

在程序烧录部分，STM32CubeIDE可直接烧录程序进行在线除错、STM32CubeProgrammer可透过图形化界面或命令列方式，将程序烧录至MCU内外的存储器。在最后程序验证阶段，STM32CubeMonitor的图形化实时识别设计，可协助工程师实时观察程序变量，进行应用程序的微调与诊断。Kevin Liang指出，STM32Cube的各种功能与范例都在持续强化中，未来ST将继续投注资源，协助工程师解决繁杂的周边工作，将更多的心力投注在产品的创造与设计。

STM32的应用领域相当广泛，产品聚焦于3D影像识别的五硕科技，采用了STM32 MCU与STM32 CubeAI，STM32 CubeAI可让该公司在AI训练模式中的成果，快速导入至推论(Inference)，进而打造出手势识别模块。该模块可识别手势方向，调整灯光的开关与明暗，其方便功能广受客户欢迎。

英诺飞科技所推出的单轴无人直升机，则在机身中采用了大量的STM32G4 MCU。由于单轴直升机的载重高、飞行距离长，多用来进行长距离物资运送，对于控制要求非常严苛，透过STM32G4，此单轴无人直升机的伺服马达、飞行操控与GPS均可精准控制。

魔力士电子科技将自身研发的无刷马达应用于电动摩托车上，0~100公里加速只要3.9秒。其优异效能来自STM32F4的强大控制能力。由于STM32的开发环境完善，因此该公司采用STM32产品已久，从F1、F3到现在的F4，近期也正将STM32G4纳入设计中。

女娲创造公司的「凯比」机器人目前锁定在教育辅助用途，提供了丰富的英语教学内容，并以活泼生动方式与孩子互动，除此之外，此机器人也可用于商业服务。凯比机器人内部共有12组伺服马达，全都采用STM32 MCU做为控制，因此动作灵活动为目前市场上之最。

华墨科技的水质检测蔬活球，其功能是透过光学方式侦测蔬果洗涤后水中的农药残留量，让民众吃得更安全蔬活球采用了STM32 MCU，不仅让检测速度更快、更准，而且透过STM32Cube的强大支持，将开发其从原本的一年缩短到7个月，让实现迅速获利目标。

投入数码触控仪表的田宜创意智能，其品种类非常多元，从画面浮动显示到具未来科技感等设计一应俱全。由于采用数码方式呈现，过去仪表的开机时间非常久，导入STM32F7后则已大幅缩短，田宜创意智能表示，此STM32F7的高效能，让该公司产品备受市场肯定。

STM32的完整产品线与强大开发生态系，大幅提升了工程师的产品开发效率，随着智能化时代的来临，MCU在各类系统的重要性将快速提升，ST未来将持续深耕此一领域，协助厂商强化竞争力。