打造环境永续愿景 ST MCU产品线协助客户使命必达

意法半导体 永续．爱地球–2022年STM32在线研讨会。意法半导体

随着环境永续成为全球科技业的重要议题，如何有效提升电子产品的运作效率，借此达到永续目标，俨然是各大系统整合业者必须着手因应的关键任务。也因此，全球MCU大厂ST(意法半导体)以「擘划永续愿景，创造宜居环境」之理念，举办「永续．爱地球–2022年STM32在线研讨会」，希望藉由ST旗下新一代的MCU系列产品线与开发套件，能协助客户达到环境永续目标。

ST MCU数码芯片事业部亚太区副总裁Arnaud Julienne于表示，身为全球领导半导体大厂之一，ST展开了一些计划以减少所有业务直接与间接的温室气体排放，理由在于透过减少碳排可以保护地球免受气候变化的影响，希望能透过这样的做法，让2010至2050年的全球暖化控制在摄氏1.5度内。而ST本身也预计在2027年可达到碳中和的目标，届时将会100%使用再生能源。ST的芯片不仅智能，同时也相当节能，ST将与台湾客户群携手打造更多节能产品。

ST亚太区资深产品行销经理杨正廉则是谈到，这两年多来，由于COVID-19(新冠肺炎)的影响，造成供应链失衡所造成的订单暴冲，以及无预警与不见断的封城问题，产业界都在解决相关的问题。ST相信，ST与客户已经度过最艰难的时期。杨正廉进一步引述研究机构的数据谈到，ST在全球通用MCU市场排名在2020年排名第二，但到了2021年，ST就以22.9亿美元的营收，成为第一制造商。

就MCU产品蓝图方面，杨正廉指出，过去市场能见度最高，也是客户经常使用的，莫过于STM32F1与F0系列，但近年来也陆续新增了G0、G4、H7、MP1与U5等系列，而在无线应用方面，也有WL与WB系列，ST也期待市场能给予这些新产品更多的关注与导入。

至于关系到MCU发展的生态系统，杨正廉举例，MCU需要市场的创意，透过多样化的韧体赋予MCU不同的功能，但在这开发的过程的确有其辛苦的一面，所以ST在过去发展的历程中，持续投资来建置良好的开发工具，甚至是采取收购策略，建置良好的图形开发环境，提升客户的开发效能。另一方面，ST也让客户可以重复使用过去已经开发过的资源，套用在不同的STM32系列产品线。

IoT产品线聚焦2.4GHz频段，可因应蓝牙全标准需求

ST亚太区专案经理Eason Wang表示，IoT的技术本身就存在我们的日常生活当中，从相关的个人装置、保健器材、白色家电，甚至是需要长距离无线传输的水表与电表等，以及智能工厂等，皆脱离不了与IoT之间的关系，而IoT本身就包含了许多不同种类的无线连结技术，ST自然也不会缺席。

ST在2.4GHz频段方面，主要的产品线分为BlueNRG与STM32WB两个系列，这两大产品线能够涵盖绝大多数2.4GHz频段所需要的无线技术，BlueNRG主要着重BT相关的技术与2.4GHz频段的无线传输工作，而STM32WB的技术涵盖范围较大，除了能因应蓝牙相关技术范围外，也能符合Thread与ZigBee等技术应用。

STM32WB的主要规格为搭载了两颗不同的CPU核心分别为Cortex-M4与M0+，前者系统工作频率最高为64MHz，具备浮点运算数码信号处理的能力，而M0+的频率则是32MHz，主要处理蓝牙低功耗无线的运行，周边界面也相当丰富，也具备一定等级的网安功能。BlueNRG-LP系列，则可以视为蓝牙低功耗5.0的系统单芯片产品，主要搭载了Cortex-M0+，CPU频率达64MHz，Eason Wang进一步表示，不论是BlueNRG或是STM32WB系列，皆已有产品可以支持到BT5.3的规格，STM32WB5x系列，可以透过韧体升级，可以同时支持两种不同的无线网络协定，像是BT搭配ZigBee或是BT搭配Thread等。

CortexA+M成ST MCU产品主力，开拓全新应用场景

综观微控制器近年来的发展，已有厂商陆续导入Cortex-A系列的CPU，进一步强化产品的运算效能与功能丰富度，借此让客户在系统开发上，能更具灵活性，STM32MP1就是一例。ST亚太区专案经理Bossen Wu指出，STM32MP1以依照CPU频率与工作温度，进而区分成两大产品线，其中最大的CPU频率达800MHz，且工作温度为-20度到105度的 MP15xD与MP15xF系列。

另外一个产品线则是CPU频率达650MHz，工作温度范围则是达到到-40度到125度的MP15xA与MP15xC系列。这两系列中拥有F与C的型号，内建了网安功能与硬件口令学演算法加速器等功能。同时，不论是何种CPU频率，ST也提供了单核Cortex-A7与双核的版本，供客户选择。全产品线共分四种不同的封装形式，只要是同一封装的MP1产品，接脚皆可以兼容，开发软件也是一体适用，此外，ST的供货时间也长达十年，满足工控客户需求。

Bossen Wu进一步谈到，以STM32MP157来说，其规格拥有双核的Cortex-A7，频率为800MHz，以及单核的Cortex-M4，频率则能达209MHz，对于Linux OS或是RTOS等，皆能有效对应，同时，STM32MP157也内建GPU核心，可以减轻双核A7在绘图工作的运算负担。

延续F3系列佳绩，STM32G4锁定数码电源与马达控制应用

针对数码电源与马达控制应用领域，ST资深工程师 Jeff Chien透露，在经过客户在过去长期的合作与反馈后，ST推出了STM32G4，该产品主要是由过去STM32F3所衍生的产品线，特别适用数码电源与马达控制等应用领域。Jeff Chien以ST所推出的STM32G474为例，该产品虽然也是搭载Cortex-M4，但新增了过去产品线所没有的功能，像是第二代的高分辨率计时器、谷底电流侦测、电流斜率补偿 以及多达12组的高分辨率PWM(脉宽调变)输出。

目前ST在数码电源领域会相对偏重如服务器、电信设备与电动车充电桩等，但综观来说，即便像是工业自动化所需要的马达控制与相关电源设计、量测仪器与高端消费性电子产品，甚至是需要动用到SiC(碳化矽)或GaN(氮化镓)的转换器架构，都是STM32G4系列产品线所涵盖的范围。

Jeff Chien指出，过去MCU在电源设计上，大多会外挂较多的运算放大器、滤波器、比较器与信号转换器等独立的类比与混合信号元件，但新一代的STM32G4系列很大程度地整合了这些元件功能，以高度整合的系统单芯片的设计概念，大幅地节省了元件成本，降低系统设计复杂度。

除了周边界面与电源相关的功能之后，在运算功能上，STM32G4系列的CPU率最高可达170MHz，效能可达213DMIPS，除此之外，也内建了三个不同的独立加速器，分别为ART Accelerator、Routine Booster与Mathematical，ART Accelerator是STM32F7系列原本就搭载的独立加速器，ST将其下放到G4系列供其使用，Routine Booster则是SRAM的程序运算加速器，若将程序配置于SRAM中，能大幅增加程序运行的效能，而Mathematical则是聚焦数学运算工作，可分为Cordic与FMAC(Fiflter math accelerator)，Cordic为三角函数座标旋转计算加速器，相较于使用软件处理三角函数相关的运算工作，使用Cordic的处理效能可高出五倍之多。

FMAC则为滤波演算法加速器，能独立处理补偿器功能，确保数码电源在各种负载下，都能做到精准输出。

STM32H7成高端MCU发展主力，锁定工控与HMI领域

STM32H7在ST旗下MCU产品线中为高端定位，ST亚太区专案经理Kevin Liang表示，STM32H7的主要特色是以Cortex-M7扮演主要角色，产品线可以略分为单核与双核两种架构。在单核架构上，其最高频率达550MHz，CoreMark分数为2778分。双核架构则是采Cortex-M7+M4的设计，M7 CPU频率为480MHz，M4频率则为240MHz，CoreMark总体分数则为3224分。

此外，STM32H7也内建图形加速器Chrom-ART Accelerator，提供快速数据传输功能，适用于工业控制、AI与复杂运算的应用。其中，图形加速器搭配LCD面板控制单元，在图形的应用，可以减轻CPU负载达90%以上。由于STM32H7内建图形加速器，也相当适用于智能家庭与工业自动化的HMI(人机界面)系统，除了能支持不同尺寸的显示面板，STM32H7也有内建大容量的存储器(RAM)，可以存储图形数据，或是做为显示图像的暂存空间(frame buffer)使用。倘若是Cortex-M7加上M4，M7就能扮演HMI与AI运算的工作，而M4则能专心处理马达控制与传感数据的判读，能适用于更为复杂且高度整合的应用。另一方面，ST在H7系列产品线，也有提供高性价比的产品，尝试让客户进行产品升级。

Kevin Liang以STM32H723为例，相较于STM32F407与F429，虽然是采用不同的CPU，但在频率大幅提升的情况下，能提供更为优异的效能，加上周边界面的丰富度也有所提升，STM32H723具备同等价格，但能提供五倍效能的表现给客户端。

生态系统以完整软件面向加速客户系统开发

ST亚太区专案经理Otis Chan则是针对STM32产品系列的开发软件STM32Cube与生态系统进行完整的说明，从一开始的产品与软件的选择、应用开发的除错、程序码与相关烧录工作，以及实时监控等，STM32Cube都有包含。

宏观来说，STM32Cube的软件套件可分成两大区块，一块是直接安装在PC的软件开发套件，另一区块则是嵌入式软件，主要是被安装在STM32系列产品上。在开发套件端，可分成四大区块：负责MCU周边功能配置(Configuration)的STM32CubeMX、编译与除错的STM32CubeIDE、负责烧录的STM32CubeProgrammer，以及负责debug的STM32CubeMonior。

嵌入式软件方面，则有两大面向，一是STM32CubeMCU Package，里面包含周边界面的驱动程序、Sample Code与中介软件（Middleware）等。另外一块是STM32CubeExpansion，它可以视为是MCU韧体面向的延伸，包含常用与非常用范例的应用场景。与此同时，不论是STM32CubeMCU Package或是Expansion都有内建第三方的中介软件(Middleware)，其中也支持了微软AzureRTOS。

STM32U5致力于低功耗之余，不忘强化网安功能表现

而近年来，网安议题一直是MCU大厂所在意的重点之一，ST在该领域也没有缺席。ST亚太区产品行销经理Edward Chang表示，STM32U5系列，是ST在2021年在低功耗产品家族中所推出的产品，除了延续既有的低功耗特色外，在网安功能上也有大幅度的强化。在低功耗功能上，ST导入LPBAM(Low Power Background Autonomous Mode；低功耗背景自主模式)搭配支持低功耗运作模式的周边来达到无需CPU介入的自主运作功能。

网安方面，则是加上AES与PKA等功能，STM32U5系列的主要CPU为Cortex M33，CPU频率达160MHz，同时也搭载ARM的网安技术TrustZone，内建的加速器也有如前述所提到的ART (I-CACHE / D-CACHE)、FMAC、CORDIC，以及绘图方面所需要Chrom-ART加速器等，存储器规格则是内建高达2MB Flash以及786KB的RAM，I/O界面也整合了触控控制器与Camera信号界面。

针对LPBAM技术，Edward Chang进一步说明谈到，当CPU休眠的情况下，一些特定的周边界面仍可以保持数据收集的运作功能，待数据收集或是特定事件完成后，再唤醒CPU执行后续的处理工作。当然在设计初期，客户也必须了解有哪些周边支持LPBAM，方能在系统设计上做到最完整的考量。在产品分类上，针对不同的快闪存储器容量与封装接脚部分，ST也提供不同的封装与容量的版本供客户挑选，其中包含了搭载与未搭载AES硬件加密功能的版本。在网安方面，除了原本就有的TrustZone外，ST也提供了网安软件的开发套件(SBSFU；Security Boot+Secure Firmware Update)，可协助客户在安全开机或是韧体升级安装的设计上取得参考与协助。

综观而言，环境永续已是不可忽视的重要议题，消费者需求不断提升又必须兼顾电子产品运作效率的情况下，MCU的选择成为相关重要的关键，ST MCU不断回应市场需求，持续推陈出新，相信能协助客户使命必达，开发出兼顾环保与效能的终端产品。