STM32U5,意法半导体新打造的超低功耗MCU旗舰版

2021年10月15日 13:49

工程师在设计使用电池供电的电子产品时,最在意的一个指标就是功耗。众所周知,意法半导体(ST)的STM32超低功耗系列更是将功耗做到了极致。意法半导体中国区微控制器市场及应用总监曹锦东表示,近两年ST的收购主要聚焦于无线和AI,未来会有更多端侧设备运行AI算法,这些产品对低功耗就更为敏感。为此,近日ST在全球同步发布了其STM32系列超低功耗MCU的旗舰版产品—STM32U5。

 

 

STM32U5,采用全新工艺制程

意法半导体中国区微控制器产品市场经理彭祖年介绍,STM32U5基于Arm Cortex-M33内核,这是继第一款基于Cortex-M33内核的STM32L5后,ST开发的第二款基于此内核的MCU产品。虽然同属于低功耗系列MCU,但是STM32U5并没有延续工程师早已熟悉的“L”命名,而是采用全新的“U”来命名,主要因为STM32U5并非只是STM32L5的简单升级,而是有一个质的飞跃。STM32U5采用全新的40nm制造技术,这是一个适用于MCU的先进制程,可以大幅节省动态工作模式下的功耗。

彭祖年介绍,STM32U5主要满足可穿戴、个人医疗、家庭自动化和工业传感器等对功耗敏感的智能应用设备。

STM32U5,低功耗与高性能其实可以不冲突

迄今为止,STM32超低功耗MCU出货量已经超过20亿,ST已经凭借丰富的低功耗技术储备和对低功耗市场的专注,在超低功耗MCU领域具有强大的优势。彭祖年介绍,这款精心打磨的STM32U5更是在降低功耗方面做足了功课:①采用全新工艺制程,从硬件层面降低功耗。②低功耗后台自主模式,通俗解释就是早期设计的芯片进入低功耗休眠模式后,MCU要断电,但是芯片外围还有很多传感器在不断采集并传输数据,需要不断唤醒MCU处理数据,而STM32U5中有一个非常巧妙的外设,设置了一个16KB的SRAM4来存储传感器发送过来的数据,等数据累积到一定的量时(具体多少,客户可以根据应用需求设定),唤醒MCU集中处理,这样避免了MCU被频繁唤醒,从而使休眠功耗降低到原来的十分之一。③更多功耗模式和省电小技巧,STM32U5有多种工作模式满足不同场景下的应用需求。STM32U5采用根据工作负荷优化能耗的动态电压调节和高效读取闪存的ST ART Accelerator访存加速技术。此外,STM32U5集成了一个先进的DC/DC电压动态转换器和低压降(LDO)稳压器,系统可以灵活选择内核供电方式,从而将STM32U5动态功耗降低到19μA/MHz以下。


耗费了巨大精力在功耗上做文章的意法半导体的工程师并没有忽略性能的提升,因为客户也绝对不会为了追求功耗而牺牲性能,彭祖年介绍STM32U5的主频达到160MHz,CoreMark分数达到了651,这两个指标其实可以媲美高性能系列的STM32F4。目前,STM32U5配置了128KB~2MB的片上存储器,未来向上还会扩展到4MB,以满足更多样的需求。尤其需要注意的是,在STM32U5内用多功能数字滤波器(MDF)和音频数字滤波器(ADF)取代了此前产品中采用的Sigma-Delta调制数字滤波器(DFSDM),极大提高了声音检测功能,从而使客户将AI集成到低成本、低功耗微控制器的应用中。的确,语音是未来的一大发展趋势,STM32U5已经做好准备!

STM32U5,首款Level3安全级别的STM32产品

STM32U585通过了PSA 3级和SESIP(Security Evaluation Standard for IoT Platforms)3安全认证(后文称为Level 3),通过了逻辑、电路板和基本物理三项防御测试,也是首款通过Level 3认证的STM32产品。工程师们已经熟知,Cortex-M33是首款采用TrustZone安全技术的处理器架构,同样基于Cortex-M33的STM32L5通过了Level 2认证,而STM32U5通过的是Level 3。彭祖年介绍,Level 2和Level 3区别在于,Level 2主要是防软件攻击,比如网络攻击,而Level 3可以同时防止软件和硬件攻击,以抵御边界攻击,能够达到支付的安全认证要求。在没有STM32U5前,获得PTS(PIN交易安全)官方批准设备标志的产品通常需要专门用于防御在线攻击和边带攻击的安全芯片,还要单独用一个MCU管理键盘、显示器和USB连接等功能,现在采用一颗STM32U585就可以解决所有这些问题,既简化了产品设计,又节约了BOM成本。

STM32U5引入了很多先进的安全技术,如AES加密引擎和公钥算法加速器(PKA)硬件单元具有抵御侧信道攻击的能力;使用硬件唯一密钥(HUK)保护数据存储安全;主动防篡改检测;内部监控技术可以在发生干扰攻击时删除保密数据,有助于满足PCI安全标准委员会对销售终端设备(POS)的安全要求;设置固件烧录次数,即使授权第三方进行烧录也可保证安全。

STM32U5,同样拥有强大生态系统

STM32之所以得到广大工程师的认可,其强大的生态系统功不可没。STM32U5依然不例外,评估开发板(STM32U575I-EV)、IoT探索套件(B-U585I-IOT02A)和STM32 Nucleo(NUCLEO-U575ZI-Q)三种硬件开发工具均已上市;STM32CubeMX、第三方IDE工具、STM32烧录及测试监控工具等软件开发工具均可使用。除此之外,STM32Cube软件套件还集成了Microsoft Azure RTOS,扩充了中间件。曹锦东表示,其实ST也一直在与国内嵌入式操作系统公司进行深度合作,他们的RTOS也可以集成进来。


MCU的功耗、性能和安全是很多嵌入式工程师在选型时候非常看重的指标,背靠STM32强大生态系统这棵大树的STM32U5,应该会成为工程师的极佳选择。


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