下一个8位MCU就是32位MCU!

2023-04-13 12:10:21 来源:EETOP

数字化趋势正在驱动着整个设备的增长,未来会有更多安全链接到云端,在设备端更加智能的处理。与此同时,数字化也会带来更大的32位MCU的增长。已经连续好几年未曾推出新品的ST(意法半导体),最近一次性推出了多款面向新时代需求的STM32 MCU新产品。

意法半导体微控制器和数字IC产品部MDG亚太区、物联网/人工智能创新中心及数字营销副总裁朱利安表示:“随着智能化和数据化的增长,整个MCU的市场增长是超过GDP两到三倍的。对于MCU来讲,未来我们会加倍我们的产能。ST计划未来达到200亿美元的目标,我们的远景规划中将会重点聚焦MDG和数字产品。这些新品的发布,也代表着ST将进入一个新时代!”

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█ 工控业需求强劲,MPU是重点


ST的MCU从最初到现在,包括未来,工业控制都是最重要的应用领域。ST此次发布的MCU新品中,有两款主要是用于工业控制领域的,即适用于工业类应用中有更高性能要求和信息安全要求的STM32H5,和具有超高性价比的工业级通用MPU产品STM32MP13


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据介绍,全新推出的STM32MP13,内置Cortex-A7,最高主频可以达到1GHz,DRAM支持533MHz时钟,最宽的结温范围是-40至+125度。STM32MP13具有三大特点:易用、安全、低功耗。


易应用性方面,MP13在软件上支持OpenSTLinux,并且扩展了实时功能,即支持Linux-RT的X-LINUX-RT扩展包,此外还支持RTOS和Bare Metal,用户可以方便的使用STM32MP13开发基于裸机和RTOS实时操作系统的应用。在硬件方面,提供开发板及涵盖各个封装的PCB参考设计,可以实现硬件配置,包含引脚配置、时钟树配置以及DRAM微调等,还有STM32CubeProgrammer,可以实现对于片外Flash固件的升级以及对OTP编程和密钥生成等。


安全方面,MP13内置了强大的安全功能,包括内存保护,可以防止非法的访问与控制,硬件加密算法,可以增强硬件稳健性,还有基于TrustZone的代码隔离,可以用于运行保护。此外还有贯穿产品全生命周期的安全认证,包含SESIP Level3认证、支付行业的PCI PTS 6.0认证, 还有ARM的psacertified认证。还可提供完整的安全生态系统支持,包括基于OP-TEE的可信执行,用于Cortex-A的可信固件TF-A,不可更改的永久信任根,用于MPU STM32Cube框架支持,以及安全密钥设置,还有第三方合作伙伴安全相关的解决方案。


低功耗方面,在各种低功耗模式下功耗表现出色,比如在STOP模式下可以低至11mW;在待机模式,如果外部的备用RAM以及clock关闭的情况下,可以低至12微瓦。


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除了STM32MP13,另一款用于工业控制领域的高性能STM32H5 MCU,它是基于Cortex-M33内核,主频高达250MHz,从STM32F4 (Cortex-M4@180MHz)到STM32H5,性能提升20%左右。意法半导体MDG 中国区通用微控制器事业部技术市场高级经理何荻凡介绍说:“更灵活、可扩展的安全性是STM32H5的主打特色。”STM32H5中增加了FMAC与Cordic两个数学加速器,还增加了开关模式电源的选项,能够在 250MHz 运行过程中做到66微安,实现优化成本/性能之间的平衡。此外,STM32H5基于ST优化的40nm工艺,具有 FDCAN、以太网、 USB PD(power delivery),I3C等外设和开发包,能提供丰富的存储、外设和封装的选择,用户可以灵活选择用硬件、软件或者用一个整体解决方案。


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事实上,两款新品都是高性能MCU产品。不过如介绍,两款产品从内核本身及内核性能上还是有所不同的。STM32H5属于微控制器,它是ARM Cortex-M内核的MCU,而STM32MP135是Cortex-A系列的产品。在生态系统上,也有所区别。STM32H5 使用的是STM32CubeMX 生成的操作系统RTOS ThreadX, FileX等;而STM32MP135则多使用Linux操作系统。因此从应用角度,可以根据实际需要进行选择。


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那么具体应该如何选择呢?意法半导体MDG中国区通用微控制器事业部微处理器产品市场经理霍笋分享,从应用角度,如果想基于 Linux 开发,选MP13这款入门级的Linux 产品非常适合。如果还是想基于RTOS 或 Bare metal裸机开发,同时又需要更高的CPU性能,当STM32H5的250兆主频,或H7的550兆主频都不能满足要求的情况下,可以用 STM32MP13进行开发。MP13是650兆到1GHz的高主频,除了支持Linux,也支持RTOS和Bare metal裸机开发。霍笋说:“开发工具和生态都是基于STM32Cube一脉相承的,产品选择上 需针对客户具体的应用和需求去选择合适的产品。”


ST非常看好MPU的发展空间。朱利安分享说:“ST在中国有超过10万个客户,在全球有超过40万个客户。STM32未来增长点之一,就是会为广大用户提供基于MCU的MPU。这些MCU会在安全性、无线连接、人工智能方面对MCU作进一步创新和升级。”


2019年ST推出第一款MPU产品MP15,这是一款拥有多核异构的中端MPU,内核是基于A7+M4双核,其中M4可用于做传统MCU的应用,A7则可以用于基于 Linux 更高性能的应用。而最新推出的STM32MP13则是ST专门面向成本敏感性应用推出的入门级MPU。对于STM32用户来说,它很适合从MCU升级到MPU的应用。虽然是入门级产品,与MP15相比,MP13依然实现了部分功能的升级和个别功能的优化。至此,ST在MPU领域的产品已经涵盖入门级和中级。其实,在ST32MPU产品路线图中,MPU还有很大的布局。


霍笋介绍说:“MP15在全球很多应用领域都有客户在用,我们认为这4年的推广、产品落地方案的验证非常成功。不久的将来,我们还就推出更高性能的MPU。未来我们将为用户提供涵盖低中高全面丰富的MPU产品阵容。”


█ 无线MCU是必然选择


对于整个STM32家族来说,无线产品是年轻一代的产品。在此次的新品发布中,ST也带来了一款最新的无线产品STM32WBA。为什么在这个时间节点推出这款无线蓝牙产品?和上一代产品,是否存在传统应用到新应用的迁移问题?是基于什么样的技术趋势或者市场需求?未来在这个领域,ST的布局是什么?EETOP就这些特别关心的问题,特别请教了ST多位专家。


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意法半导体MDG中国区通用微控制器事业部无线产品市场经理于引表示:“在设备端处理器部分,我们的通用MCU已经很全面了。我们还需要无线产品来实现设备与设备的连接,设备与云端的连接。互连互通是市场很重要的一部分。蓝牙,以及基于802.15.4的2.4G协议已经在国内市场上有广泛的应用了。 我们很多的便携式设备都会用到蓝牙,而低功耗更是IoT设备很重要的一个参数。所以对于我们来说,我们一定要做这样一个低功耗无线产品。”


据介绍,ST现在已经量产的无线MCU产品有STM32WL、STM32WB 和STM32WBA。WL是基于Sub-G产品,可以支持LoRA、Sigfox协议。而STM32WB,它是ST第一款支持2.4G的双核产品,即可以运行无线协议栈的M0内核,也可以运行应用程序的M4内核。其存储空间最高可以支持1Mb内存和256K的RAM,同时在协议层可以支持BLE5.3,Zigbee、Thread 以及私有的2.4G协议,所有协议搜可以支持多协议静态和动态并发的。


而全新的STM32WBA,结合第一代的经验和客户需求,在内核上做了提升,用了基于TrustZone的Corte-M33内核100M 主频,CoreMark 评分407分。在主要特性上,WBA内部集成了一个巴伦,同时最大输出功率可以到10dBm。这代表了如果用STM32WBA做一个设备连接,即使在无线信号不稳定的情况下,也可以用STM32WBA强劲的无线链路与设备进行连接。此外,它主要针对的是低功耗,相对短距离的,基于802.15.4的Ble5.3、Zigbee、Thread 以及基于Thread的matter产品,可同时支持点对点、点对多的应用(最多可以支持20个连接设备)。


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Flash资源上,STM32WBA可以支持最高到1MB闪存和128KB SRAM,具有更丰富的应用。此外,WBA 还延长了数据存储寿命,其中有256KB闪存擦写次数达到10万次。同时集成片上天线匹配电路,在工程师设计中,整个物料成本可以做进一步的优化。


安全性看,STM32WBA是第一款通过SESIP Level3认证的无线产品,同时过了PSA的认证。WBA增强了安全性,支持AES和PKA侧信道攻击防御,侧信道攻击防御可以防止一些恶性的,通过外设引脚去破坏、去提取相关传输信息的恶性攻击。同时,WBA还有一个动态RTC防篡改功能。从内核来讲,基于TrustZone M33内核提供了安全启动、安全更新以及安全固件安装功能,额外从芯片本身IP来说也增强了安全性的考量,增加了像存储器保护、加密功能、平台保护以及代码隔离设计,可以让工程师对一些敏感应用,避免受到无线协议的干扰,甚至于对于一些用户数据或云印证数据更进一步的保护。


制造工艺来说,WBA采用40nm工艺,基于STM32U5超低功耗平台,可以支持更多的低功耗模式。目前第一款WBA产品是基于UFQFN48封装,尺寸7×7,最多可以支持35个GPIO端口。此外,虽然是无线产品,但还是继承了STM32丰富和完整的生态系统。


于引特别介绍说:“作为无线蓝牙产品,需要和手机相连,包括开发人员也需要通过手机验证设计成果或设计内容是否安全可靠。所以,跟其他MCU相比,STM32WBA增加了手机上的一个应用,就是手机APP。”


据介绍,这个手机APP总计有3个,且安卓版本和 iOS 版本都有:ST BLE Sensor、BLE StarNet和BLE Toolbox。BLE Sensor是配合OOB,非蓝牙连接可以通过串口或者SPI接口,可以去调试蓝牙设备,通过这种方式看到连接的数据;StatNet是星形拓扑应用APP,可以看设备网关信息的数据;ToolBox是最新的APP,它的功能相对来说是最全面的,可以发现外围设备,并且可以通过这个APP对产品评估板做一个读写操作,当然可以通过这个设备做一些网络上云端数据的传输和监测。


事实上,STM32WB 和STM32WBA 也是一个继承关系。于引说:“就像我们所有STM32的产品都是一个家族慢慢继承下来的一样。WB依旧适用于很多应用。像STM32WB有LCD驱动 ,在表记类的应用上,WB可以很好的满足设计的需求,节省PCB面积和BOM成本。同时,STM32WB和STM32WBA这两个也是统一的开发环境,都是基于ST的Cube,开发人员、工程师可以做产品升级或者扩展,都可以在同一个平台上做开发,让产品有一个更好的延续性。“


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意法半导体MDG中国区总监曹锦东补充说:“现在,越来越多的设备要联网,同时对于已经联网的设备,客户希望产品设计能越来越紧凑,集中度能越来越高。新推出的STM32WBA,可以帮助客户实现去模块化的功能。只需要一个STM32WBA,就可以取代原来的MCU及其外面的模块,同时还可以把原有的基于STM32应用的软件直接抑制到STM32WBA”。


█ 下一个8位MCU就是32位MCU


STM32C0是ST全新推出的面向成本敏感型用户的32位MCU。曹锦东介绍说:STM32C0的口号是:下一个8位MCU就是32位MCU!”


为什么这么说?其实它更多的是从性价比和成本的考量。因为从整个性价比来讲,8位和32位非常接近,或者8位MCU性价比已经没有32位的高。据介绍,STM32C0的内核是M0+,可提供比STM8更多的资源,特别在RAM和Flash。其中Flash可以满足32K的需求;RAM有两个选择,即6K和12K。用RAM来存放数据包括临时数据,可以满足客户做更多的数据处理。


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性能DMIPS表现看,STM8是4点几的DMIPS,每秒钟约100万个指令,STM32C升。DMIPS指单位周期有多少指令可以运行,它是一个相对参数,可以理解为每秒有几百万个指令可以运行。也就是说,过去用一个毫秒只能处理一个任务,今天用一个毫秒可以处理10个任务。曹锦东说,“所以不管对信号的检测、过滤、处理,用STM32C0可以更加的游刃有余来做。”


功耗来讲,STM32C0有正常的运行模式、停止模式、待机模式和Shutdown模式。Shutdown仅仅靠简单的I/O口和负电路可以去唤醒,它的耗电只有20个nA,但是大部分时间作为一个电池供电的设备,电路处于一个待机模式或者停止模式,在这两个模式中有Run数据可以被保存的。当然,成本也是非常关键的要素之一。从成本上来讲,可以用同样成本、同样价钱买到8位MCU和32位MCU。然而从性能、供应来讲,32位MCU可以提供更高的性能和更灵活的供应。这也是为什么中低端很多客户都已经转向32位MCU的原因。


此外,STM32C0可提供更好、更小的封装设计,包括:比较传统的SSO、TSSOP8、TSSOP-20;需要把芯片以及PCB基本做到可能是2×2、4×4大小的QFPN;以及更小的面向手机应用的WLCSP。此外,STM32C0有广泛的软件包,包括PC软件、嵌入式软件,同时,过去所有的包括操作系统,以及中间件,在STM32C0上依然可以做,可进一步方便用户去做开发,去做产品的移植。


对于STM8A,ST其实已经停止了包括研发和市场推广在内的一切推进工作。朱利安介绍说:“我们已经于2021年正式对外发布,STM8A将于10年后停产。10年是我们为客户提供的产品更新换代的准备时间。从投资角度来说,ST不再为STM8提供投资,且没有扩充产能的计划。我们认为,STM8 的产能已经到了顶端,我们也不需要新的客户用STM8 做新的设计。但同时,我们希望提供给客户一个新的选择,用STM8C0升级现有的设计。”


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那8位MCU还有哪些升级应用呢?曹锦东进一步解释说,STM8是ST 2008 年发布的产品,到今天依然有很多客户还在用。事实上,8位MCU整个市场占比排在25%左右,是非常大的市场,主要集中在中小家电、智能家居和小的传感器节点中的应用。然而在面向未来所谓的智能家居、智能设备和智能硬件的产业升级和应用升级、以及人机交互升级时,就需要更高的MCU性能来支撑的信号处理与图形显示。比如常见的烟感器,过去仅仅是一个简单的信号检测报警,优化升级之后的产品,会加入数据处理和有AI算法,能识别真假信号,还会涉及一些更强的处理能力。


曹锦东坚定的表示:“我们相信STM32C0可以帮助客户做更好的升级,让设备从过去由通用MCU变成更强的MCU,可以做更好的智能化设计!”


█ 结束语


如何去提升STM32供应链的灵活度和坚韧度。这也是大家非常关心的话题。曹锦东分享说:“今年我们会投资超过40亿美金用于扩充产能。”据介绍,扩充的很大一部分将用于支撑STM32在90纳米和40纳米的产能扩充。除了利用内部产能之外,ST还积极同多个全球代工厂合作,这些合作不仅支持今年和明年,更规划支持未来四年到六年甚至更久的客户需求。


ST去年的收入是160亿。他们将用超过25%的销售额来扩充产能!用曹锦东的话来说就是,ST在产能扩充方面是毫无保留的。也足见ST对今年及未来MCU的市场持非常乐观的态度。曹锦东说:“我觉得 MCU是一个长跑,MCU需要持续做迭代,MCU的生态要持续做开发,需要有长时间供应链的确保和稳定。”


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