English 0 позиций в запросе!   Отправить?
Подписка на новости
Задать вопрос

    Имя *

    E-Mail *

    Компания *

    Телефон *

    Вопрос *

    Нажимая на кнопку, вы даете согласие на обработку своих персональных данных

    Заказать образцы

      Имя *

      E-Mail *

      Телефон *

      Сайт

      Компания *

      Описание проекта *

      Образцы предоставляются под проект

      Нажимая на кнопку, вы даете согласие на
      обработку своих персональных данных и
      обратную связь со специалистами PT Electronics

      Подписка на новости

      Назад

      Высокопроизводительные микроконтроллеры STM32WB с поддержкой Bluetooth 5 и IEEE 802.15.4

      11 Июл 2018

      Скачать статью в PDF


      Опубликовано в журнале «Вестник Электроники» №1 2018

      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.

      STM32WB

      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.