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
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

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.