Высокопроизводительные микроконтроллеры STM32WB с поддержкой Bluetooth 5 и IEEE 802.15.4

Обзор возможностей семейства

Многопротокольные беспроводные и ультранизкопотребляющие устройства STM32WB55xx сочетают в себе производительность и сверхнизкое энергопотребление, совместимое с технологией Bluetooth^® Low Energy SIG v5.0 и с IEEE 802.15.4-2011. Они содержат распределенное ядро Arm^® Cortex^®-M0+ для выполнения всех операций низкого уровня в режиме реального времени.

Устройства STM32WB55xx рассчитаны на чрезвычайно малую мощность и основаны на высокопроизводительном 32-разрядном RISC-ядре Arm^® Cortex^®-M4, работающем на частоте до 64 МГц. Ядро Cortex^®-M4 имеет блок для выполнения операций с плавающей точкой (FPU) ординарной точности, который поддерживает обработку всех инструкций и данных ARM с ординарной точностью. Ядро также реализует полный набор инструкций для операций цифровой обработки сигналов (DSP) и блок защиты памяти (MPU), который повышает безопасность приложений.

Рис. 1. Блок-схема микроконтроллера STM32WB55VG

Усовершенствованная межпроцессорная связь обеспечивается IPCC с шестью двунаправленными каналами. HSEM предоставляет аппаратные семафоры, используемые для распределения общих ресурсов между двумя процессорами.

Устройства STM32WB55xx включают высокоскоростную память (флэш-память до 1 Мбайт, до 256 Кбайт SRAM), интерфейс флэш-памяти Quad-SPI (доступен на всех пакетах) и расширенный диапазон усовершенствованных входных/выходных линий и периферийных устройств.

Прямая передача данных между памятью и периферийными устройствами и из памяти в память поддерживается 14 каналами DMA с полным доступом к каждому каналу с помощью периферии DMAMUX.

Устройства STM32WB55xx включают несколько механизмов для встроенной флэш-памяти и SRAM: защита считывания, защита от записи и защита проприетарного кода. Части памяти могут быть защищены для предоставления эксклюзивного доступа к ядру Cortex^®-M0+.

Два механизма AES-шифрования PKA и RNG обеспечивают MAC нижнего уровня и верхний уровень криптографии. Функция хранения ключа клиента может использоваться для скрытия ключей.

Устройства предлагают один быстрый 16-разрядный АЦП и два компаратора с ультранизким энергопотреблением, связанные с генератором опорного напряжения высокой точности.

STM32WB55xx включают маломощный RTC, один расширенный 16-разрядный таймер, один 32-разрядный таймер общего назначения, два 16-разрядных таймера общего назначения и два 16-разрядных маломощных таймера.

Кроме того, доступно до 28 емкостных датчиков. Устройства также включают встроенный ЖК-драйвер до 8×40 или 4×44, с внутренним повышающим преобразователем. Они также оснащены стандартными и расширенными коммуникационными интерфейсами.

STM32WB55xx работают в диапазоне температур от –40 до +105 ° C (+125 °C) от источника питания от 1,71 до 3,6 В. Полный набор режимов энергосбережения позволяет использовать их при разработке низкопотребляющих устройств.

STM32WB55xx интегрирует высокоэффективный понижающий преобразователь SMPS. Он включает в себя независимые источники питания для аналогового входа АЦП и компараторов, а также 3,3-В выделенный вход питания для USB.

Специальное питание VBAT дает возможность создавать резервные копии генератора LSE 32,768 кГц, RTC и резервные регистры, что позволяет STM32WB55xx предоставлять эти функции, даже если основное питание (VDD) отсутствует, через батарею типа CR2032, суперкап или небольшую перезаряжаемую батарею.

Устройства STM32WB доступны в виде 48-контактного UQFN, 68-контактного VQFN или 100-контактного WLCSP с до 72 GPIO. Каждый из них может быть задан с любой из трех конфигураций памяти, предоставляя выбор 256  кбайт флэш-памяти и 128 кбайт ОЗУ, 512   кбайт Flash / 256  кбайт ОЗУ или 1 Мбайт Flash / 256 кбайт ОЗУ.

SOC и экономия ресурсов

Рис. 2. Беспроводные возможности микроконтроллера

Новые микроконтроллеры STM32WB для беспроводной системы на чипе (SoC) объединяют полнофункциональный микроконтроллер Arm^® Cortex^®-M4 для запуска основного приложения, а также ядра Cortex-M0+ для разгрузки основного процессора и обеспечения работы в реальном режиме времени радиочасти с низким потреблением энергии Bluetooth (BLE) 5 и IEEE 802.15.4. Радиочасть также может одновременно запускать другие беспроводные протоколы, включая OpenThread, ZigBee^® или проприетарные протоколы, предоставляя еще больше возможностей для разработки устройств «Интернета вещей» (IoT).

В настоящее время немногие производители предлагают аналогичные двухпроцессорные беспроводные чипы, способные управлять пользовательским приложением и радио по отдельности для обеспечения оптимальной производительности и с большим объемом памяти. Альтернативы обычно используют начальные уровни ядра Cortex-M начального уровня, которые вводят ограничения архитектуры.

Комбинируя высокопроизводительный Cortex-M4 с Cortex-M0+ для сетевой обработки, STM32WB использует технологии малопотребляющих микроконтроллеров от ST, чтобы сочетать превосходные радиочастотные характеристики для увеличения срока службы батареи. SoC содержит в себе схему (balun) для подключения к антенне, которую инженеры обычно должны разрабатывать самостоятельно, а также более расширенную пользовательскую и системную память, аппаратное шифрование и хранение ключей клиентов для защиты бренда и IP.

В качестве эволюции известной и ведущей на рынке серии малопотребляющих MCU STM32L4, платформа STM32WB обеспечивает встроенную беспроводную связь с семейством STM32 ST. Маломощный радиоприемник 2,4 ГГц потребляет всего 5,5 мА в режиме передачи данных и всего 3,8 мА при приеме. STM32WB предлагает удобный радиочастотный канал связи –102 дБ и способен на выходную мощность +6 дБ. Интегрированный балун, используя опыт ST в одночиповых балунах, экономит до девяти дополнительных внешних компонентов.

Таблица.
Сравнительные характеристики STM32WB55Cx, STM32WB55Rx, STM32WB55Vx

Средства разработки

STM32WB, как часть экосистемы STM32 микроконтроллеров, предлагает широкий набор средств разработки, включая программное обеспечение STM32Cube, беспроводные стеки, библиотеки, STM32 Nucleo/Discovery наборы и платы для прототипов. Дополнительный специализированный инструмент разработки STM32CubeMonRF также доступен для настройки радиочасти, снижающей время выхода на рынок. STM32WB, первое семейство STM32 в области беспроводного подключения, — легкие в использовании, надежные и идеально подходят для широкого спектра промышленных и потребительских приложений.

Для поддержки разработки платформа STM32WB обслуживается специальным инструментом, STM32CubeMonitor-RF (код заказа: STM32CubeMonRF), что упрощает радиотестирование. Пользователи могут также использовать конфигуратор ножек/клока STM32CubeMX и генератор кода, а также периферийные драйверы, промежуточное программное обеспечение, примеры кода и специальную плату STM32 Nucleo для ускорения выхода на рынок.

Помимо ПО от STM, доступны и средства разработки от сторонних фирм: IAR, Keil и т. д.

Двухъядерная архитектура STM32WB позволяет в реальном времени выполнять как код приложения, так и задачи сетевой обработки. В результате разработчики могут обеспечить выдающийся опыт конечных пользователей, а также воспользоваться гибкостью для оптимизации системных ресурсов, энергопотребления и стоимости.

Рис. 3. Средства разработки

Защита

Рис. 4. Средства программной и аппаратной защиты

Современные функции защиты необходимы для защиты данных пользователей и помогают производителям продуктов, защищают их интеллектуальную собственность на всех смарт-устройствах — включают встроенное хранилище ключей для клиентов, механизм шифрования эллиптической кривой для аутентификации с открытым ключом (PKA) и аппаратную поддержку 256-битной криптографии AES. Производители могут также использовать будущие продукты в полевых условиях, используя Secure Firmware Update (SFU) и поддержку Root Secure Service (RSS) для проверки подлинности Over the Air (OTA). Технология Over-The-Air (OTA) (в переводе с англ. «по воздуху») (применительно к GSM-телефонам) — это радиоинтерфейс между сотовым телефоном и приемопередатчиком базовой станции сети сотовой связи. Этот интерфейс подразумевает наличие логических и физических каналов и поддержку протоколов, необходимых для поддержания радиосоединения между телефоном и ППБС сотовой сети стандарта GSM.