Высокопроизводительные микроконтроллеры STM32WB с поддержкой Bluetooth 5 и IEEE 802.15.4

Опубликовано в номере:
PDF версия
Серия STM32WB поддерживает стандарт Bluetooth 5, а также беспроводные протоколы 802.15.4 для удовлетворения требований широкого спектра приложений, которым нужны лучшие беспроводные решения в своем классе.

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.

STM32WB

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

микроконтроллер

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

Характеристики

STM32WB55Cx

STM32WB55Rx

STM32WB55Vx

Плотность Флэш-памяти

256 Кбайт

512 Кбайт

1 Мбайт

256 Кбайт

512 Кбайт

1 Мбайт

256 Кбайт

512 Кбайт

1 Мбайт

Плотность SRAM

128 Кбайт

256 Кбайт

256 Кбайт

128 Кбайт

256 Кбайт

256 Кбайт

128 Кбайт

256 Кбайт

256 Кбайт

BLE

V5.0 (2 Mбит/c)

IEEE 802.15.4

Есть

Таймеры

Расширенный

1 (16 бит)

Общего назначения

2 (16 бит)+1 (32 бит)

Таймер выключения

2 (16 бит)

Системный таймер

1

Интерфейсы связи

SPI

1

2

I2C

2

USART

1

LPUART

1

SAI

2 канала

USB FS

Есть

QSPI

1

RTC (ЧРВ)

 

1

Пин внешнего прерывания

1

3

Активирующий (пробуждающий) пин

2

5

LCD, COMxSEG

Есть, 4×13

Есть, 7×23 или 4×26

Есть, 8×40 или 4×44

Интерфейсы ввода/вывода общего назначения (GPIOs)

30

49

72

Ёмкостные датчики

 

1×4

3×4

7×4

Число каналов 16-битного АЦП

 

13 (включая 3 внутренних)

19 (включая 3 внутренних)

Внутреннее Vref

 

 

Нет

 

Есть

Аналоговый компаратор

2

Максимальная частота ЦПУ

 

64 МГц

Допустимые температуры для работы

Температура окружающей среды: от –40 до +105 °С

Температура соединения: от –40 до +125 °С

Рабочее напряжение

От 1,71 до 3,6 В

Форма

UFQFPN48

7×7 мм

шаг 0,5 мм, припой

VFQFPN68

8×8 мм

шаг 0,4 мм, припой

WLCSP100

шаг 0,4 мм

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

Средства программной защиты

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.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *