STM32 MCU質量兼具 意法為智慧科技打造堅實基礎
- 台北訊
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作為全球MCU領導廠商，意法半導體除了持續深耕原有領域外，也不斷開創出全新產品，目前旗下的STM32產品線已超過800款，日前ST所舉辦的「意法半導體STM32微控制器技術研討會」，就邀請該公司與高科技產業的專業人士，針對STM MCU的技術與應用開發，提出精闢見解。
ST業務總監陳人福在開場時指出，智慧化已成為現在IT產業最重要的趨勢，而智慧化願景要落實，必須倚靠不同類型的硬體產品，其中MCU將扮演重要角色，ST投入MCU技術多年，其產品應用非常廣泛，從車用、智慧物件到智慧家庭、智慧工廠、智慧城市等，都有ST MCU的足跡。
而在所有應用中，ST看好物聯網與智慧駕駛兩大市場的成長動力，且早有對應的MCU產品，並提供完整的開發工具與服務諮詢，讓設備製造商縮短產品上市時程的同時，還可兼顧品質與成本。
軟硬兼具 STM32應用更全面
對於ST在STM32的布局，資深產品行銷經理楊正廉在「STM32全系列微控制器產品藍圖及市場」議題中指出，ST致力於MCU的研發，全球市佔率快速攀升，根據研究機構MMS的報告指出，在2007年時，ST的全球MCU市佔率仍在10名外，在未有購併案僅靠自身新產品推出的態勢下，排名不斷攀升，在2013年已是全球第2。
目前STM32系列共有12種類型產品、52個品項，從低功耗、高效能到無線通訊產品，其產品線相當齊全，且其供貨保證都在10年以上。在運算核心部分，ST與Arm長期合作，已取得Arm全系列的核心授權。
近期ST所推出的新高性能和超高性能的STM32超值產品線讓開發人員能夠更靈活地研發價格親民，而且以性能為導向的即時物聯網設備應用系統，不會影響目標應用的功能或網路安全性，並簡化了嵌入式快閃記憶體功能，只保留最基本的重要配置，且仍然可以在晶片上安全地運作安全啟動代碼、敏感代碼和即時常式，達到嵌入式快閃記憶體存取時間相較外部快閃記憶體快上25倍之優勢。
而ST最近所收購的專業軟體開發商Draupner Graphics，其TouchGFX軟體是一款非常先進和優化的微控制器圖形化使用者介面解決方案。收購Draupner Graphics將加速TouchGFX和STM32的產品發展，為嵌入式開發人員及其客戶提供更多的先進功能，讓人們每天使用的設備都有高標準的人機界面。
為了加快工程師的STM32開發速度，ST也不斷推出全新的開發工具STM32CubeMX，楊正廉指出，此一開發軟體可自動更新功能確保使用者的LL API軟體為最新版本，透過新款軟體自動生成外部週邊初始化代碼，目前支援可STM32L0、STM32F0、STM32L4和STM32F3等4個系列。
此外ST在2017年購併了軟體開發工具商Atollic，成為ST旗下的TrueSTUDIO，是獲得業界好評的IDE(整合式開發環境)，這也將讓已Cortex-M為運算核心的STM32嵌入式開發更為方便快速，楊正廉指出，未來ST將持續投入產品與開發工具的研發，為工程師提供更完善的服務。在新產品部分，技術行銷經理余玟宏特別介紹了ST的STM32WB無線系統通訊晶片，此款產品是ST第一款具備無線通訊設計與雙核心設計的MCU，內嵌ARM Cortex-M4與M0+雙核心，還支援BTLE 5.0、THREAD、ZigBee與其他2.4GHz頻段等射頻通訊協定。
在雙核心設計上Cortex-M0+核心為射頻控制器，執行低功耗BLE 5及IEEE 802.15.4射頻即時處理任務，並支援雙通訊協定模式，為連網設備提供更多選擇，同時減輕主處理器負荷。
Cortex-M4核心可獨立用於運行系統應用，數據運算和週邊控制，因此雙核心的架構也為產品效能和電源管理也帶來優勢。在功耗方面，STM32WB採超低功耗設計，其2.4GHz射頻電路發送功耗僅為5.5mA，接收功耗只有3.8mA，並可以達到的-102dBm射頻鏈路預算，輸出功率+6dBm。
STM32WB是建立在STM32L4超低功耗系列的基礎上發展而來，故STM32WB直接受惠STM32豐富的週邊介面和友善的開發環境，使用者可利用ST的開發生態系統STM32CubeMX配置針腳和內部參數，並提供週邊驅動程式、中介軟體、編碼範例和專屬的STM32 Nucleo開發板。
為了協助工程師加速開發同時簡化射頻測試程序，STM32WB將提供專屬連接工具STM32CubeMonitor-RF，余玟宏指出，物聯網落地趨勢加快，各類型設備對連網的需求也隨之提升，STM32WB的雙核心、開發生態系統與進階整合特色，將可加快連網產品設計速度，提升產品競爭力。
高階MCU 聚焦智慧化應用
在STM32的高階產品部分，則以F7與H7兩大系列為主，技術行銷專案經理王柏雄表示，這兩款產品的核心都採用了ARM Cortex-M7。其中F7系列同時結合了其高階週邊裝置，可提升應用程式效能、確保安全以及儘可能減少使用外部元件，以節省成本與空間。
STM32F7已發展多年，其產品線與生態系已相當完整，此系列提供了12種方案，其快閃記憶體從256k~2Mb，針腳為64至216，封裝方式則有LQFP、TFBGA與WLCSP等3種。目前STM32F7的主要週邊連結應用包括TFT-LCD控制器、SPI、UART、SD卡、乙太網路等，在開發板部分則提供了STM32 Nucleo Boards、Discovery Kits與Evaluation Boards。
ST另一款高階MCU–STM32H7為40奈米半導體製程，主要應用在工業、醫療與消費性領域，像是工業系統的人機介面、控制器、運動控制，醫療領域的健康照護與儀器或消費性電子的物聯網閘道器、智慧家庭設備等。
由於H7在物聯網的應用廣泛，而近年來資安成為物聯網的建構重點，對此STM32H7也強化了安全設計，在內部加入密碼演算法硬體加速器和安全金鑰儲存空間，進一步提升系統的安全等級。
完善軟體開發平台 提供一條龍設計服務
除了硬體產品外，軟體開發平台也是ST在MCU領域的重要布局，技術行銷專案經理張世昌就針對STM32CubeMX的生態系統進行一系列解說，他指出，STM32Cube支援STM32全系列MCU產品，且為100%免費的解決方案，從MCU篩選、硬體規劃到韌體開發提供一條龍的設計服務。
張世昌表示，STM32CubeMX為積木式架構，將MCU週邊的驅動程式與中介軟體設計為各類型模組，使用者可以依本身需求挑選堆疊出適合的系統，節省工程師開發相關程式與韌體的工作與時間，另外ST也提供多樣的開發板，藉此降低產品開發時初步驗證與評估的成本。此外STM32CubeMX採Java跨平台設計，支援目前市面上包括Windows、Linux、Apple iOS等所有作業系統。
STM32CubeMX提供了統一介面API，若工程師要變動升級硬體產品，只要從底層直接抽換即可，此一硬體抽象層概念讓API成為可攜帶式，由於STM32的所有系列其週邊的API定義都相同，因此面對ST 不同系列的MCU提供了韌體上的一致性，這也讓STM32CubeMX在使用上更為簡易，除此之外，此一開發軟體還有諸多功能如MCU功耗計算器，可讓客戶迅速評估出目前產品設計的平均功耗及電池壽命的預估，未來ST將持續整合更多元化的功能及不同應用所需的中介軟體，提供工程師更便利的工具。
除了STM32CubeMX外，此次研討會也邀請Arm(安謀)資深應用工程師譚丞甫，為與會者介紹該公司為Cortex-M設備使用的免費作業系統Mbed OS。譚丞甫指出，此一作業軟體主要針對物聯網開發所設計，由於物聯網底層設備對低功耗、小體積有其要求，再加上設計簡單、應用情境多，因此開發者急需適用的作業軟體，Mbed OS就是負責串接硬體與應用兩端，讓系統開發更簡便。
在通訊方面，Mbed OS支援了包括3G、LTE、Bluetooth Smart、Wi-Fi與 6LoWPAN等協定，物聯網常用的Sub-GHz、ZigBee和Thread也都被納入，另外Arm也提供裝置管理服務，能夠在雲端、內部部署(on-premise)或是混合配置的環境下，得以安全地連接、管理及更新各式裝置。譚丞甫表示，Arm打造了物聯網架構中的基本功能，透過其Cortex-M與裝置管理能力，就可在SDK上直接開發所需功能，這將使系統的開發更具彈性，且時間更短。
雲端是未來各類型物聯網架構的重要平台，因此Amazon的雲端基礎設施AWS針對物聯網提供了多種工具與服務，Amazon在2006年推出AWS雲端平台之後，除業務開發之外，也持續投入研發，至今已有超過4,000種服務項目。針對物聯網的部分，AWS在2017年正式發表物聯網閘道器解決方案後，發展至今，也已有多種設備與產品通過認證。
AWS致力打造完整的物聯網生態系統，各軟硬體廠商均可加入AWS 合作夥伴網路進入其開放性平台，透過此平台連鏈結全球產業。除了平台外，Amazon也推出各種應用程式與工具，協助廠商快速打造雲端物聯網架構，FreeRTOS就是其一。
Amazon FreeRTOS是專為MCU設計的作業系統，由於物聯網的應用多元，系統中各類型設備必須因應不同環境有個別設計，Amazon FreeRTOS可讓小體積、低功率終端設備的程式設計、部署、管理、連接等工作更易於進行，透過此工具與平台，工程師將可打造出最適化的物聯網架構。
在與其他技術的結合部分方面，NFC是近年來物聯網應用中，擴展速度最快的技術之一，而MCU與NFC都是ST的重點產品，資深技術行銷工程師吳祥民指出，目前已有多種將這兩大技術結合的物聯網系統。
NFC的主要組成包括標籤與讀寫器，在標籤方面，其記憶體均以EEPROM為主，ST在這部分提供了多樣不同領域的應用產品。至於RFID，ST則在低頻、高頻、超高頻都有相對應產品。由於NFC/RFID技術不斷精進，再加上MCU的低耗電與小體積設計走向，這兩者的結合延伸出多種智慧化應用，像是家電產品中各種設備與耗材，就可用NFC/RFID的標籤、讀取器和MCU作為匹配，而這類型的智慧應用機會越來越多。
隨著物聯網應用的加快落實，各類終端設備的運算處理與連網功能日漸重要，STM32系列MCU的齊全產品線與大幅度涵蓋面積，為工程師在設計物聯網產品時，帶來絕佳助益，楊正廉表示，接下來ST將會持續投入技術與應用兩端的研發，提供客戶品質兼具的MCU產品。
