การจับคู่ข้อกำหนดการใช้งานได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นด้วย Arm® Cortex® MCU ที่มีการผสานรวมในระดับสูง

By Stephen Evanczuk

Contributed By DigiKey's North American Editors

นักพัฒนาเผชิญกับความท้าทายมากมายในการตอบสนองความต้องการที่เพิ่มขึ้นสำหรับผลิตภัณฑ์อัจฉริยะเพื่อการใช้งานต่างๆ ซึ่งรวมถึงผลิตภัณฑ์ทั่วไป อุตสาหกรรม เมืองอัจฉริยะ และการดูแลสุขภาพ แต่ละการใช้งานนำเสนอชุดข้อกำหนดเฉพาะที่เกี่ยวข้องกับประสิทธิภาพ ความปลอดภัย การใช้พลังงานต่ำเป็นพิเศษ การเชื่อมต่อไร้สายระยะไกล และต้นทุนต่ำ บ่อยครั้งที่นักพัฒนาถูกบังคับให้ลดทอนข้อกำหนดเหล่านั้น เนื่องจากการใช้งานและความสามารถของโซลูชันหน่วยไมโครคอนโทรลเลอร์ (MCU) ที่มีอยู่ไม่สอดคล้องกัน

บทความนี้จะแนะนำชุดโซลูชันโปรเซสเซอร์จาก STMicroelectronics ที่สามารถมอบการผสมผสานประสิทธิภาพที่เหมาะสม อายุการใช้งานแบตเตอรี่ ความปลอดภัย และการเชื่อมต่อไร้สาย ซึ่งมีความสำคัญต่อความสำเร็จในการออกแบบการใช้งานที่หลากหลาย

การปฏิบัติตามข้อกำหนดด้านความปลอดภัยที่เข้มงวด

STM32H7R/S Bootflash MCU ของ STMicroelectronics (รูปที่ 1) มอบประสิทธิภาพระดับสูง กราฟิก ความปลอดภัย และลดรายการวัสดุ (BOM) ที่จำเป็นสำหรับผลิตภัณฑ์อัจฉริยะจำนวนมากสำหรับการใช้งานทางอุตสาหกรรม เครื่องใช้ไฟฟ้า เมืองอัจฉริยะ และการดูแลสุขภาพ จากโปรเซสเซอร์ Arm® Cortex®-M7 600 เมกะเฮิรตซ์ (MHz) พร้อมหน่วยคำนวณทศนิยม (FPU) ที่มีความแม่นยำสองเท่า โดย MCU เหล่านี้มีกราฟิกในตัว ระบบย่อยความปลอดภัย และชุดอุปกรณ์ต่อพ่วงและอินเทอร์เฟซการเชื่อมต่อที่ครอบคลุม

แผนภาพของ STM32H7R/S Bootflash MCU ของ STMicroelectronicsรูปที่ 1: STM32H7R/S Bootflash MCU ผสานรวม Arm Cortex-M7 ประสิทธิภาพสูงเข้ากับชุดอุปกรณ์ต่อพ่วง บล็อกฟังก์ชัน และความสามารถเฉพาะทางที่จำเป็นในการส่งมอบผลิตภัณฑ์อัจฉริยะที่ปลอดภัย (แหล่งที่มาภาพ: STMicroelectronics)

นอกจากแคช L1 ของโปรเซสเซอร์ที่ประกอบด้วยแคชคำสั่ง 32 กิโลไบต์ (KBytes) และแคชข้อมูล 32 Kbytes โดย MCU เหล่านี้ยังมาพร้อมกับ Static Random Access Memory (SRAM) ขนาด 620 Kbytes, ความจำแฟลชแบบฝัง 64 Kbytes และอินเทอร์เฟซหลายตัวสำหรับการเข้าถึงหน่วยความจำภายนอกความเร็วสูง โดยการผสมผสานระหว่าง SRAM, ความจำแฟลชแบบฝัง และการเข้าถึงหน่วยความจำภายนอกพร้อมความสามารถในการประมวลผลแบบแทนที่ (XiP) ช่วยให้นักพัฒนามีความยืดหยุ่นในระดับสูงเมื่อใช้ระบบฝังตัวที่มีประสิทธิภาพสูงและปลอดภัย

เพื่อให้มั่นใจในความปลอดภัยในการใช้งานที่ทำงานในหน่วยความจำภายนอก STM32H7S MCU ยังรวม Memory Cipher Engines (MCE) สามตัวที่ทำการเข้ารหัสและถอดรหัสแบบทันทีทันใดบนหน่วยความจำแบบไม่ลบเลือนหรือหน่วยความจำชั่วคราวภายนอก พร้อมการควบคุมการเข้าถึงที่ตั้งโปรแกรมไว้ไปยังส่วนที่แตกต่างกันมากถึงสี่ส่วนสำหรับ MCE แต่ละรายการ เมื่อรวมกับคุณสมบัติความปลอดภัยบนฮาร์ดแวร์เพิ่มเติม รวมถึงการวิเคราะห์พลังงานที่แตกต่างและการป้องกันการโจมตีช่องทางด้านข้าง STM32H7S MCU ได้รับการรับรอง SESIP และ PSA Assurance ระดับ 3

เพื่อให้มั่นใจถึงประสิทธิภาพที่เชื่อถือได้ของงานที่เน้นเวลาเป็นหลัก เช่น รูทีนบริการขัดจังหวะ SRAM บางส่วนจึงถูกแมปกับอินเทอร์เฟซ Tightly Coupled Memory (TCM) ของ MCU โดยให้หน่วยความจำสถานะรอเป็นศูนย์สำหรับคำสั่งและข้อมูลที่สำคัญ เพื่อให้มั่นใจถึงความสมบูรณ์ของระบบ MCU ได้รวมคุณสมบัติด้านความปลอดภัยหลายอย่างเข้ากับหน่วยความจำแฟลชในตัว เพื่อให้สามารถบูตอย่างปลอดภัยและการตรวจสอบความสมบูรณ์ของระบบ โดยให้ Root of Trust (RoT) สำหรับระบบและซอฟต์แวร์แอปพลิเคชันที่ทำงานในหน่วยความจำในชิปหรือนอกชิป เมื่อรวมกับกลไกการป้องกันด้วยฮาร์ดแวร์ที่เหมาะสม การใช้แฟลชแบบฝังสำหรับจัดเก็บบูตโหลดเดอร์ที่เชื่อถือได้นี้ให้ข้อได้เปรียบที่สำคัญในด้านความยืดหยุ่นเมื่อเปรียบเทียบกับการใช้หน่วยความจำแบบอ่านอย่างเดียว (ROM) ใน MCU แบบดั้งเดิม

เส้นทางการบูตอย่างปลอดภัย

เพื่อให้ RoT จำเป็นสำหรับการรักษาความปลอดภัยของระบบ การบูตอย่างปลอดภัยอาศัยโค้ดที่ไม่เปลี่ยนรูปแบบที่เชื่อถือได้ ซึ่งจะทำงานทันทีหลังจากรีเซ็ตระบบเสมอ โค้ดนี้ตรวจสอบว่าเฉพาะซอฟต์แวร์ที่เชื่อถือได้เท่านั้นที่ทำงานในระยะถัดไปของลำดับการเริ่มต้นระบบ ด้วย STM32H7R/S MCU นักพัฒนามีหลายเส้นทางในการบูตอย่างปลอดภัยเมื่อสร้างระบบที่เชื่อถือได้ พวกเขาสามารถใช้เฟิร์มแวร์ RoT ที่สร้างไว้ล่วงหน้าหรือควบคุมลำดับการบูตด้วยตนเอง (รูปที่ 2)

แผนภาพของเส้นทางการบูต STM32H7R/S MCU ของ STMicroelectronics (คลิกเพื่อดูภาพขยาย)รูปที่ 2: STM32H7R/S MCU มีเส้นทางการบูตหลายเส้นทางที่ออกแบบมาเพื่อทำให้การพัฒนาง่ายขึ้น (แหล่งที่มาภาพ: STMicroelectronics)

หลังจากการรีเซ็ตระบบ STM32H7R/S MCU ทั้งหมดจะเริ่มลำดับการบูตโดยการรัน Root Secure Services (RSS) ที่น่าเชื่อถือที่อยู่ในหน่วยความจำแฟลชของระบบที่ได้รับการป้องกัน ขั้นตอนต่อมาในลำดับการบูตจะขึ้นอยู่กับประเภทของ MCU และเส้นทางการบูตที่นักพัฒนาเลือก ในแต่ละเส้นทางการบูต STM32H7R/S MCU จะใช้กลไกระดับการป้องกันการซ่อน (HDPL) เพื่อให้แน่ใจว่ามีการแยกระดับการบูตแต่ละระดับชั่วคราว เมื่อลำดับการบูตผ่านจากระดับการบูตหนึ่งไปยังระดับถัดไป ตัวนับ HDPL จะเพิ่มขึ้น และทรัพยากรที่เกี่ยวข้องกับระดับการบูตก่อนหน้าจะถูกซ่อนจากระดับปัจจุบัน

รักษา RoT ตลอดลำดับการบูตทั้งหมด

ในเส้นทางการบูตสำหรับระบบการผลิตที่ใช้ STM32H7R โดย RSS จะทำงานทันทีเมื่อรีเซ็ตระบบ RSS ใช้งานเฟิร์มแวร์ immutable RoT (iRoT) ของผู้ผลิตอุปกรณ์ดั้งเดิม (OEM) ซึ่งอยู่ในหน่วยความจำแฟลชของผู้ใช้ เนื่องจาก HDPL เพิ่มขึ้นในระดับถัดไป RSS จะยังคงถูกซ่อนจากเฟิร์มแวร์ OEMiRoT ซึ่งจะจัดการขั้นตอนถัดไปในลำดับการบูต หากการใช้งานได้รับการออกแบบให้รองรับเฟิร์มแวร์ updatable RoT (uRoT) โดย OEMiRoT จะรันเฟิร์มแวร์ OEMuRoT จากหน่วยความจำภายนอก ในขั้นตอนสุดท้ายของลำดับการบูต เฟิร์มแวร์ OEMiRoT (หรือ OEMuRoT เสริม) จะรันโค้ดแอปพลิเคชัน HDPL ช่วยให้มั่นใจได้ว่า RSS, OEMiRoT และตัวเลือก OEMuRoT จะถูกซ่อนไว้จากแอปพลิเคชันทั้งหมด

ระบบการผลิตที่ใช้ STM32H7S สามารถกำหนดค่าให้เป็นไปตามเส้นทางการบูตได้คล้ายกับระบบ STM32H7R ทำให้นักพัฒนาสามารถควบคุมกระบวนการบูตได้อย่างสมบูรณ์ ด้วย STM32H7S MCU นักพัฒนาสามารถเลือกเส้นทางที่มีความปลอดภัยสูงซึ่งเรียกใช้เฟิร์มแวร์ STMicroelectronics iRoT (STiRoT) ที่สร้างไว้ล่วงหน้าซึ่งอยู่ในหน่วยความจำแฟลชระบบที่ได้รับการป้องกัน

ในเส้นทางการบูตที่เปิดใช้งาน STiRoT รูทีน (iLoader) ที่อยู่ในแฟลชฝังตัวที่ได้รับการป้องกัน จะโหลดโค้ดสำหรับการบูตระดับถัดไปลงใน SRAM ภายใน จากนั้น STiRoT จะตรวจสอบความสมบูรณ์และความถูกต้องของโค้ดนั้นก่อนที่จะอนุญาตให้ดำเนินการ สำหรับเส้นทางการบูตแบบขั้นตอนเดียว iLoader จะโหลดโค้ดแอปพลิเคชันลงใน SRAM สำหรับเส้นทางการบูตแบบสองขั้นตอน iLoader จะโหลด OEMuRoT จากแฟลชภายนอกลงใน SRAM

เมื่ออยู่ใน SRAM ภายใน โค้ดแอปพลิเคชัน (หรือเฟิร์มแวร์ OEMuRoT) จะถูกตรวจสอบความสมบูรณ์และความถูกต้องโดยไม่มีความเสี่ยงจากการโจมตีระหว่างการตรวจสอบรหัสที่อยู่ในหน่วยความจำภายนอก เมื่อได้รับการตรวจสอบแล้ว OEMuRoT จะทำการตรวจสอบความสมบูรณ์และความถูกต้องของโค้ดแอปพลิเคชันก่อนดำเนินการแอปพลิเคชัน นักพัฒนาสามารถขยายเส้นทางการบูตแบบสองขั้นตอนนี้ได้อย่างง่ายดายเพื่อตรวจสอบการอัปเดตรหัสแอปพลิเคชันหรือแม้แต่เฟิร์มแวร์ OEMuRoT (รูปที่ 3)

แผนผังของ MCU ของ STMicroelectronics STM32H7S (คลิกเพื่อดูภาพขยาย)รูปที่ 3: STM32H7S MCU ช่วยให้สามารถอัปเดตอย่างปลอดภัยและบูตอย่างปลอดภัยผ่านกระบวนการหลายขั้นตอนที่ออกแบบมาเพื่อรับรองความสมบูรณ์และความถูกต้องของโค้ดในแต่ละขั้นตอนในกระบวนการ (แหล่งที่มาภาพ: STMicroelectronics)

ในระหว่างการทำงานปกติในระบบการผลิต แฟลชแบบฝังใน MCU STM32H7R/S จะอยู่ในสถานะปิด โดยมีการจัดเตรียมเฟิร์มแวร์ RoT และบังคับใช้รายการบูตที่ถูกต้อง MCU เหล่านี้ยังมี PRODUCT_STATE อีกสี่รายการที่ออกแบบมาเพื่อรองรับวงจรชีวิตผลิตภัณฑ์ทั้งหมด (รูปที่ 4)

PRODUCT_STATE การเลือก PRODUCT_STATE คำอธิบาย
Open NVSTATE = OPEN สถานะนี้อนุญาตให้มีการพัฒนาผลิตภัณฑ์ เนื่องจากมีการแก้ไขข้อบกพร่องของโค้ด การใช้หมุดบูตทำให้สามารถเปิดใช้งานบูตโหลดเดอร์ได้
Provisioning NVSTATE = CLOSE
OEM_PROVD=!0xB4
และ/หรือ
DBG_AUTH = Not set (!0xB4, !0x51, !0x8A)
สถานะนี้อนุญาตให้มีการจัดเตรียมผลิตภัณฑ์ (บางส่วนหรือทั้งหมด) ช่วยให้สามารถเรียกใช้การติดตั้งเฟิร์มแวร์ที่ปลอดภัยหรือบูตโหลดเดอร์เพื่อจัดเตรียมผลิตภัณฑ์ ไม่อนุญาตให้บูตจาก SRAM
Closed NVSTATE = CLOSE
OEM_PROVD=0xB4
DBG_AUTH=0x51 หรือ 0x8A
สถานะนี้ถือว่าการกำหนดค่าผลิตภัณฑ์ได้รับการสรุปแล้ว ช่วยให้สามารถสนับสนุนการรับรองความถูกต้องในการเปิดตัวสำหรับการซ่อมแซมภาคสนามได้ (อ่านหมายเหตุการใช้งานเฉพาะ)
Locked NVSTATE = CLOSE
OEM_PROVD=0xB4
DBG_AUTH=0xB4
สถานะนี้ถือว่าไม่อนุญาตให้ใช้การกำหนดค่าผลิตภัณฑ์ สินค้าอยู่ในสถานะนี้แน่นอน

รูปที่ 4: STM32H7R/S MCU ทำงานในหนึ่งในสี่ PRODUCT_STATE ที่ออกแบบมาเพื่อรองรับวงจรชีวิตผลิตภัณฑ์ทั้งหมด (แหล่งที่มาภาพ: STMicroelectronics)

นักพัฒนาซอฟต์แวร์สามารถควบคุม PRODUCT_STATE ได้สามวิธี:

  • สถานะไม่ลบเลือน (NVSTATE) ซึ่งตั้งค่าหน่วยความจำแฟลชให้อยู่ในสถานะเปิดหรือปิด
  • OEM ที่จัดเตรียมไว้ (OEM_PROVD) ซึ่งกำหนดความเสถียรของพื้นที่การป้องกันการซ่อนที่ปลอดภัย (HDP) เพื่อให้แน่ใจว่าโค้ดที่เรียกใช้ในพื้นที่นี้ยังคงซ่อนอยู่หลังจากการบูต
  • วิธีการตรวจแก้จุดบกพร่อง (DBG_AUTH) ซึ่งกำหนดวิธีการที่ใช้ในการเปิดการดีบักอุปกรณ์

ด้วยสถานะทั้งสี่นี้ STM32H7R/S MCU รองรับข้อกำหนดด้านความปลอดภัยของแต่ละระยะที่สำคัญของวงจรชีวิตผลิตภัณฑ์ ได้แก่ การพัฒนาผลิตภัณฑ์ การผลิตผลิตภัณฑ์ และการปรับใช้ภาคสนาม (รูปที่ 5)

รูปภาพผังงานการพัฒนาผลิตภัณฑ์รูปที่ 5: ขณะที่นำผลิตภัณฑ์ย้ายจากการพัฒนาและการผลิตไปสู่ภาคสนาม STM32H7R/S MCU สามารถปกป้องโค้ดและข้อมูลที่ละเอียดอ่อนในแฟลชแบบฝัง ในขณะเดียวกันก็ให้การเข้าถึงการแก้ไขจุดบกพร่องที่มีการรับรองความถูกต้องเมื่อจำเป็น (แหล่งที่มาภาพ: STMicroelectronics)

ในทางปฏิบัติ การรับรองความถูกต้องของการแก้ไขจุดบกพร่องนำเสนอคุณลักษณะการรักษาความปลอดภัยที่มีประสิทธิภาพซึ่งออกแบบมาเพื่อตอบสนองความท้าทายในทางปฏิบัติของการสนับสนุนวงจรชีวิตผลิตภัณฑ์ สำหรับระบบที่ใช้งานจริงที่ทำงานในสถานะปิด นักพัฒนาสามารถใช้โปรโตคอลการตรวจสอบสิทธิ์ที่อนุญาตให้ดีบักเกอร์ที่ปลอดภัยเปิดการเข้าถึงอีกครั้งโดยไม่กระทบต่อ RoT ในเซสชันการดีบักที่มีข้อจำกัด ในการดีบักการถดถอยแบบเต็ม จะไม่รับประกันความปลอดภัยของโค้ดและข้อมูล

ตอบสนองความต้องการอินเทอร์เฟซผู้ใช้ที่ได้รับการปรับปรุงในผลิตภัณฑ์อัจฉริยะ

แม้ว่าการรักษาความปลอดภัยจะยังคงเป็นสิ่งสำคัญยิ่ง แต่ผลิตภัณฑ์อัจฉริยะก็ขึ้นอยู่กับส่วนติดต่อผู้ใช้แบบกราฟิก (GUI) ที่ซับซ้อนมากขึ้นเรื่อยๆ STM32H7R/S MCU ตอบสนองความต้องการนี้โดยใช้ตัวเร่งกราฟิกแบบรวม ซึ่งรวมถึงตัวเร่งความเร็ว Chrom-ART ใน STM32H7R3/S3 MCU และหน่วยประมวลผลกราฟิก NeoChrom (GPU) ใน MCU STM32H7R7/S7 ในขณะที่ตัวเร่งความเร็ว 2D Chrom-ART และ 2.5D NeoChrom GPU รองรับรูปแบบหลายรูปแบบด้วยการวาดและการปัดเศษ แต่ NeoChrom GPU รองรับการดำเนินการที่จำเป็นในการทำแผนที่พื้นผิว (รูปที่ 6)

คุณสมบัติกราฟิก Chrom-ART NeoChrom GPU
รูปแบบที่รองรับ ARGB8888, ARGB4444, ARGB1555, RGB888, RGB565
A8, A4, L8
AI44, AI88
CLUT (256 entry), YUV
RGVA8888, ARGB8888
RGBX8888, XRGB8888
RGB888, RGB565, RGBA55551
A8, A4, A2, A1
Compressed TSc4, TSc6, and TSc6A
รายการคำสั่ง ไม่ ใช่
การวาดภาพ การเติมรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้า การเติมรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้า
การวาดภาพพิกเซล เส้น สามเหลี่ยม รูปสี่เหลี่ยม
การลดขอบหยัก 8xMSAA
Blitting สำเนา
Alpha blending
การแปลงรูปแบบพิกเซล
สำเนา
Alpha blending, การคีย์สี
การแปลงรูปแบบพิกเซล
การทำแผนที่พื้นผิว ไม่ การหมุนมุมใดๆ
Scaling
Mirroring
การฉายภาพมุมมอง 3 มิติที่ถูกต้อง
การทำแผนที่พื้นผิวด้วยการสุ่มตัวอย่างแบบไบลิเนียร์และแบบจุด

รูปที่ 6: ตัวเร่งความเร็วกราฟิก Chrom-ART ใน STM32H7R3/S3 MCU และ NeoChrom GPU ใน STM32H7R7/S7 MCU มอบประสิทธิภาพกราฟิกและฟังก์ชันการทำงานที่จำเป็นสำหรับ GUI สำหรับผลิตภัณฑ์อัจฉริยะ (แหล่งที่มาภาพ: STMicroelectronics)

สำหรับการประเมินและการพัฒนา STMicroelectronics นำเสนอ NUCLEO-H7S3L8 บอร์ดพัฒนา STM32 Nucleo-144 สำหรับ STM32H7R3 และชุดพัฒนา STM32H7S78-DK สำหรับ STM32H7S7

ออกแบบมาเพื่อการพัฒนาต้นแบบอย่างรวดเร็ว บอร์ด Nucleo-144 มีดีบักเกอร์/โปรแกรมเมอร์ ST-LINK ในตัว และมี LED ปุ่มกด และตัวเลือกตัวเชื่อมต่อบอร์ดหลายตัว ชุดพัฒนา STM32H7S78-DK มี Wi-Fi, LED หลายดวงและปุ่มกด, ดีบักเกอร์/โปรแกรมเมอร์ STLINK-V3EC ในตัว และขั้วต่อหลายบอร์ด ซึ่งรวมถึงสองตัวสำหรับ USB Type-C® และขั้วต่อ Ethernet RJ45 หนึ่งตัว

สำหรับการพัฒนาซอฟต์แวร์ STMicroelectronics จัดให้มี แพ็คเกจ STM32Cube MCU เป็นส่วนหนึ่งของ STM32Cube นอกเหนือจากโมดูล Hardware Abstraction Layer (HAL) แพ็คเกจสนับสนุนบอร์ด (BSP) และ Application Programming Interfaces (API) ระดับรีจิสเตอร์ระดับต่ำแล้ว แพ็คเกจ STM32Cube MCU ยังนำเสนอส่วนประกอบมิดเดิลแวร์ สแตกการเชื่อมต่อ และโค้ดตัวอย่าง สำหรับการพัฒนากราฟิก ทางบริษัทได้นำเสนอกราฟิกเฟรมเวิร์ค X-CUBE-TOUCHGFX ซึ่งรวมถึง:

  • เครื่องมือ TouchGFX Designer สำหรับการพัฒนาและการจำลองกราฟิกแอปพลิเคชัน
  • ไลบรารีกราฟิกเร่งด้วยฮาร์ดแวร์ TouchGFX Engine
  • TouchGFX Generator ซึ่งเป็นปลั๊กอิน STM32CubeMX ที่ช่วยให้นักพัฒนากำหนดค่าและสร้างชั้นสำหรับการจัดการกับ TouchGFX โดยตรงที่ใช้โดย TouchGFX Engine เพื่อเข้าถึงฮาร์ดแวร์และระบบปฏิบัติการพื้นฐาน

รับประกันอายุการใช้งานแบตเตอรี่ที่ยาวนานขึ้น

การใช้พลังงานขั้นต่ำและอายุการใช้งานแบตเตอรี่สูงสุดยังคงเป็นตัวขับเคลื่อนการออกแบบที่สำคัญในการใช้งานหลายด้าน MCU ซีรีส์ STM32U0 ของ STMicroelectronics ได้รับการออกแบบมาเพื่อช่วยประหยัดพลังงานและยืดอายุการใช้งานแบตเตอรี่ ซึ่งจำเป็นในการใช้งานพื้นฐานทางอุตสาหกรรม การแพทย์ การวัดแสงอัจฉริยะ และผู้บริโภค ซีรีส์ STM32U0 MCU สร้างขึ้นโดยใช้โปรเซสเซอร์ Arm Cortex-M0+ ความเร็ว 56 MHz ที่ใช้พลังงานต่ำเป็นพิเศษ โดยมีสามตระกูลที่แตกต่างกันเพื่อให้นักพัฒนาเลือกการกำหนดค่า SRAM, แฟลช และอุปกรณ์ต่อพ่วงที่เหมาะสมที่สุดที่จำเป็นสำหรับการออกแบบของตนได้

ตระกูล STM32U031 นี้มีการกำหนดค่าที่กะทัดรัดที่สุดด้วย SRAM ขนาด 12 Kbytes, หน่วยความจำแฟลชสูงสุด 64 Kbytes, ตัวจับเวลาหลายตัว, อุปกรณ์ต่อพ่วงแบบแอนะล็อก และตัวเลือกการเชื่อมต่อ (รูปที่ 7)

รูปภาพของสามตระกูลในซีรีส์ MCU ของ STMicroelectronics STM32U0รูปที่ 7: ทั้งสามตระกูลในซีรีส์ STM32U0 MCU สร้างจากชุดคุณสมบัติที่เพิ่มขึ้นที่พบในตระกูล STM32U031 MCU (แหล่งที่มาภาพ: STMicroelectronics)

การขยายคุณสมบัติที่พบในตระกูล STM32U031 โดยตระกูล STM32U073 เพิ่มตัวควบคุม LCD ในตัว ช่องการเชื่อมต่อเพิ่มเติม และอุปกรณ์ต่อพ่วงแบบแอนะล็อก ในขณะที่เสนอ SRAM 40 Kbytes และหน่วยความจำแฟลชสูงสุด 256 Kbytes ตระกูล STM32U083 สร้างขึ้นจากคุณสมบัติเหล่านั้นโดยการเพิ่มตัวเร่งฮาร์ดแวร์ Advanced Encryption Standard (AES)

นอกจากการผสานรวมในระดับสูงแล้ว MCU ซีรีส์ STM32U0 ทั้งหมดยังได้รับประสิทธิภาพที่ใช้พลังงานต่ำเป็นพิเศษ ในโหมดรัน พวกเขาใช้เพียง 52 ไมโครแอมป์ต่อเมกะเฮิรตซ์ (μA/MHz) ขณะทำงานโดยใช้ตัวควบคุม Low-dropout (LDO) ภายใน

นักพัฒนาสามารถเลือกโหมดพลังงานต่ำได้หลายโหมด รวมถึงโหมดหยุดสามโหมด เพื่อลดการใช้พลังงานในการใช้งานที่ใช้พลังงานแบตเตอรี่ ตัวอย่างเช่น ในโหมดหยุดที่ใช้พลังงานน้อยที่สุด STM32U031 MCU จะดึงพลังงานเพียง 630 นาโนแอมป์ (nA) ด้วยการทำงานของนาฬิกาเรียลไทม์ (RTC) หรือ 515 nA โดยไม่มีการทำงาน ในโหมดหยุดเดียวกันนี้ STM32U073 MCU และ STM32U083 MCU ต้องการเพียง 825 nA ถ้ามี RTC หรือ 695 nA หากไม่มี RTC อย่างไรก็ตาม ทั้งสามตระกูลในซีรีส์ STM32U0 ที่ทำงานด้วยนาฬิกาปลุก 24 MHz สามารถเข้าถึงโหมดการทำงานจากโหมดการทำงานที่ใช้พลังงานต่ำที่สุดในเวลาเพียง 12.0 ไมโครวินาที (µs) ในแฟลชและ 7.67 µs ใน SRAM

แม้จะมีการทำงานที่ใช้พลังงานต่ำเป็นพิเศษและด้วยตัวเร่งหน่วยความจำแบบปรับตัวแบบเรียลไทม์ (ART) ในตัว MCU เหล่านี้จึงบรรลุประสิทธิภาพที่เทียบเท่ากับการดำเนินการในสถานะรอเป็นศูนย์จากแฟลชที่ความถี่โปรเซสเซอร์ 56 MHz

สำหรับการสนับสนุนการพัฒนา STMicroelectronics นำเสนอ NUCLEO-U031R8 บอร์ดประเมินผลที่ใช้ STM32U031, NUCLEO-U083RC บอร์ดประเมินผลที่ใช้ STM32U083 และ STM32U083C-DK ชุดการพัฒนาที่ใช้ STM32U083 เช่นเดียวกับอุปกรณ์อื่นๆ ในตระกูล STM32 แพ็คเกจ STM32Cube MCU สำหรับระบบนิเวศ STM32Cube ของบริษัทมีโมดูล HAL, BSP, API เลเยอร์ต่ำ, มิดเดิลแวร์, สแต็กการเชื่อมต่อ และโค้ดตัวอย่าง

การเชื่อมต่อไร้สายระยะไกล

การออกแบบที่มีประสิทธิภาพด้วยการเชื่อมต่อไร้สายช่วงซับกิกะเฮิรตซ์ (GHz) ระยะไกลถือเป็นสิ่งสำคัญใน Internet of Things (IoT) สำหรับเมืองอัจฉริยะ เกษตรกรรม การวัดระยะไกล การสำรวจระยะไกล และระบบอุตสาหกรรม การใช้งานจำนวนมากเหล่านี้ต้องรักษาการสื่อสารที่เชื่อถือได้ แม้ว่าจะมีสัญญาณรบกวนจากแหล่งสิ่งแวดล้อม เช่น โครงข่ายไฟฟ้าหรือเครื่องจักรก็ตาม สิ่งนี้ชี้ให้เห็นถึงการใช้การเชื่อมต่อเครือข่ายบริเวณกว้างระยะไกล (LoRaWAN) ที่ทนต่อการรบกวน

โมดูล STM32WL5MOCH6TR ของ STMicroelectronics นำเสนอโซลูชันที่ได้รับการรับรอง LoRaWAN ซึ่งสามารถใช้งานได้ในยุโรป เอเชีย และอเมริกา ความสามารถในการปฏิบัติงานหลายภูมิภาคนี้อยู่ในการรองรับของโมดูลวิทยุสำหรับมาตรฐานยุโรป 868 MHz และมาตรฐานอเมริกาเหนือ 915 MHz ที่รองรับกำลังขับที่สูงขึ้น การสนับสนุนของโมดูลสำหรับแผนการมอดูเลตหลายรูปแบบและช่วงความถี่เชิงเส้นตั้งแต่ 150 ถึง 960 MHz ช่วยให้สามารถรองรับการทำงานทั่วโลกด้วยโปรโตคอลการสื่อสารมาตรฐานและเป็นกรรมสิทธิ์ต่างๆ เช่น Sigfox, W-MBUS และ mioty

ด้วยสถาปัตยกรรมแบบดูอัลคอร์ที่รวม Arm Cortex-M0+ และ Arm Cortex-M4 โมดูล STM32WL5MOC ได้รวมตัวรับส่งสัญญาณวิทยุที่มีความยืดหยุ่น SRAM สูงสุด 64 Kbytes และหน่วยความจำแฟลชสูงสุด 256 Kbytes เข้ากับระบบย่อยความปลอดภัยที่ครอบคลุม ตัวจับเวลา อุปกรณ์ต่อพ่วงแบบแอนะล็อก อินเทอร์เฟซการเชื่อมต่อ คุณลักษณะการควบคุม และส่วนประกอบแบบพาสซีฟสำหรับแหล่งจ่ายไฟโหมดสวิตช์แบบฝัง (SMPS) นอกจากนี้ องค์ประกอบความปลอดภัย STSAFE-A100 ของ STMicroelectronics ยังรวมอยู่ในโมเดล STM32WL5MOCH6STR (รูปที่ 8)

แผนผังของโมดูล STMicroelectronics STM32WL5MOCรูปที่ 8: โมดูล STM32WL5MOC มอบโซลูชันแบบดรอปอินสำหรับการเชื่อมต่อความถี่ต่ำกว่า GHz โดยรวมสถาปัตยกรรมดูอัลคอร์เข้ากับวิทยุที่ยืดหยุ่น คุณลักษณะด้านความปลอดภัย บล็อกการทำงานที่หลากหลาย และส่วนประกอบแบบพาสซีฟ (แหล่งที่มาภาพ: STMicroelectronics)

ฟังก์ชันการทำงานแบบบูรณาการที่ครอบคลุมของโมดูล STM32WL5MOC และการรับรอง LoRaWAN ช่วยให้นักออกแบบได้รับโซลูชันฮาร์ดแวร์แบบดรอปอินที่ได้รับการปรับปรุงให้เหมาะสมสำหรับการใช้งานไร้สายระยะไกล STMicroelectronics เร่งการพัฒนาด้วยชุดทรัพยากรที่ครอบคลุม รวมถึงบอร์ดขยาย B-WL5M-SUBG1 ซึ่งรวมโมดูล STM32WL5MOC, หน่วยความจำแฟลช 4 เมกะบิต (Mbit), EEPROM 256 กิโลบิต (Kbit), เซ็นเซอร์ระบบเครื่องกลไฟฟ้าไมโครอิเล็กทรอนิกส์ (MEMS) ของ STMicroelectronics, คอนเนคเตอร์หลายบอร์ด, LED และปุ่มกด สำหรับการพัฒนาซอฟต์แวร์นั้น แพ็คเกจ STM32CubeWL MCU รองรับบอร์ดซีรีส์ STM32WL โดยเป็นส่วนหนึ่งของระบบนิเวศ STM32Cube

สรุป

ผลิตภัณฑ์อัจฉริยะสำหรับผู้บริโภค อุตสาหกรรม การดูแลสุขภาพ และการใช้งานอื่นๆ มีระดับความปลอดภัย การใช้พลังงาน การเชื่อมต่อ และความซับซ้อนในการออกแบบซึ่งแทบจะไม่ตรงกับความสามารถของไมโครคอนโทรลเลอร์ตัวเดียว MCU ซีรีส์ STM32 เสนอทางเลือกการประมวลผลที่หลากหลายแก่นักออกแบบ เพื่อมอบการจับคู่ที่เหมาะสมที่สุดสำหรับข้อกำหนดการออกแบบที่หลากหลาย บอร์ดและซอฟต์แวร์สนับสนุนโปรเซสเซอร์และทำให้การพัฒนาง่ายขึ้น

DigiKey logo

Disclaimer: The opinions, beliefs, and viewpoints expressed by the various authors and/or forum participants on this website do not necessarily reflect the opinions, beliefs, and viewpoints of DigiKey or official policies of DigiKey.

About this author

Image of Stephen Evanczuk

Stephen Evanczuk

Stephen Evanczuk มีประสบการณ์มากกว่า 20 ปีในการเขียนรวมทั้งประสบการณ์เกี่ยวกับอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์ในด้านต่าง ๆ มากมายซึ่งรวมถึงฮาร์ดแวร์ซอฟต์แวร์ระบบและแอพพลิเคชั่นรวมถึง IoT เขาสำเร็จการศึกษาระดับปริญญาเอกทางด้านระบบประสาทเกี่ยวกับเครือข่ายเซลล์ประสาทและทำงานในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศเกี่ยวกับระบบความปลอดภัยแบบกระจายจำนวนมากและวิธีการเร่งอัลกอริทึม ปัจจุบัน หากว่าเขาไม่ยุ่งกับการเขียนบทความเกี่ยวกับเทคโนโลยีและวิศวกรรม ก็จะทำงานเกี่ยวกับการประยุกต์ใช้การเรียนรู้เชิงลึกกับระบบการจดจำและการแนะนำ

About this publisher

DigiKey's North American Editors