完整產品線結合開發生態系 STM32 MCU助攻客戶搶佔智慧新商機
- 賴品如／台北
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智慧化趨勢引領科技應用走向碎片化，絕大數產品都必須因應不同的使用環境調整設計，在各種電子設備中扮演關鍵角色的MCU，其功能規格也須同步進化，方能滿足市場需求，擁有業界最完整 MCU產品線的意法半導體(ST)，不僅持續強化旗下STM32系列產品家族的效能，更致力於滿足不同場域的應用需求，在「掌控智慧時代核心 2021年意法半導體STM32線上研討會」中，就全面介紹了STM32不同面向的布局，並且解析此產品的新藍圖與開發工具。
ST亞太區資深產品行銷經理楊正廉表示，根據研究機構Gartner的報告指出，ST第一款MCU產品STM32F1在2006年問世後，市佔率產品從就一路成長，過程中ST不斷投入大量的資金與研發人力開發新品滿足市場需求，2018年已成為全球32-Bit MCU市佔率最高的產品，2020年更高達21%。
ST除了致力強化STM32的效能與應用外，也持續擴大其週邊功能，例如推出功能強大的無線SoC，例如支援Sub-GHz LoRa的STM32WL系列、支援藍牙低功耗的STM32WB，另外ST也有微處理器STM32MP1，未來也將會有更多高效能產品上市。
在推出強大功能MUC的同時，ST也不忘降低工程師的工作負擔，旗下的STM32Cube系列軟體工具與STM32 Nucleo、Discovery kits、Evaluation Board硬體開發版，都可大幅縮減產品研發時程，此外ST不斷更新強化多種線上支援系統，並透過社群媒體提供大量的產品資訊與參考設計，工程師可藉此獲得珍貴的技術支援。
業界最豐富產品線 STM32全面支援各項應用
STM32是目前市場上產品線最齊全的MCU系列，ST應用工程師 Eason Wang在「STM32駕馭無線科技，體驗完美生活」中指出，無線通訊已成為現在電子設備必要的功能之一，其技術可就傳輸距離長短和傳輸量多寡分為四大類，短距離部分包括低功耗藍牙、Zigbee等低量傳輸與傳統藍牙、Wi-Fi的高量傳輸兩種；長距離的低量傳輸為LoRa、Sigfox等LPWAN與5G、LTE-M等蜂巢式網路。
再來看應用場域，短距離通訊標準大多應用於倉儲、工業、農業、家庭、辦公室等場所，長距離無線通訊功能，提供城市、農業、資產追蹤、智慧儀表系統傳輸數據。在無線傳輸部分，ST推出了單核與雙核兩種類型產品，單核產品為採用Arm Cortex-M4的STM32WLEx，多核產品則有STM32WL5x、STM32WBx0、STM32WBx5，這三款產品都採用了Arm Cortex-M4與M0+兩種核心，工程師可透過強大的效能與資安防護 ，打造高可用性無線通訊系統。
隨著進入智慧化時代，各類應用對產品的效能、通訊能力、AI應用與軟體開發時程越來越重視，STM32MP1即是為此需求而生，ST的Bossen WU在「創造產品新思維STM32MP1微處理器」議題中，已介紹此產品的規格：STM32MP1為Arm Cortex-A7與M4雙核心架構，另外為了降低CPU繪圖負擔，特別內建了一顆GPU，是STM32家族中運算能力最高者。
STM32MP1的特色之一，是ST透過Linux開源軟體強化Arm Cortex-A系列核心的支援，ST已發布開源Linux發行版本OpenSTLinux，可協助業者打造效能與成本表現具佳的產品，OpenSTLinux也讓STM32MP1的嵌入式軟體生態系更為完整，例如OP-TEE、TF-A、U-Boot、Linux kernel等開發版支援套裝軟體，至於其他生態系統還包括協助專案腳位及介面規畫的STM32CubeMX，可撰寫Cortex-A7與M4程式及除錯的STM32CubeIDE等。
在Arm Cortex-M核心，ST以其STM32CubeMP1 韌體開發組合，提供工程師多元且完整的支援，整體而言，STM32MP1在維持了STM32穩定核心、豐富優異介面與長期供貨保證的同時，其開源軟體架構也讓工程師有開源社群的強大技術支援，此兩點特色加上完整生態系，讓STM32MP1使用者擁有高度優勢。
現在市場對MCU的效能與週邊支援度要求越來越高，在STM32家族中運算核心最快且擁有最豐富週邊的STM32H7，一推出就成為市場焦點，ST應用工程師Willy Chang在「高效能的傳奇STM32H7家族」簡報中就表示，此款產品雙核心中的Arm Cortex-M7與M4內核，提供了強大的運算能力，Chrom-ART加速器則進一步提升圖形處理性能，STM32H7內的MDMA、DMA1、DMA2與BDMA可快速處理並搬移週邊數據，在資安方面，此產品使用專用加密和Hash硬體加速，可降低CPU負載，另外內建的2顆16-bit ADC與1顆12-bit ADC提供了工控設備高解析轉換所需。
具體而言，擁有雙核心的STM32H7系列，可讓設備輕鬆使用AI運算語音資料辨識，先進的加密工具，讓資安防護更嚴密，工程師可藉此建構兼具效能與安全的電子產品。
在「聚焦資安保護與節能的STM32U5」議題中，ST產品行銷經理Edward Chang、專案經理Ethan Huang與Bossen WU，分別解析STM32U5的功耗與安全功能。Edward Chang首先表示，物聯網與穿戴式裝置是近年來市場上兩大重點趨勢，這兩款產品也都高度重視資安與節能設計。
STM32U5採用Arm Cortex-M33內核，其時脈速度高達160MHz，其低功耗表現在Coremark的ULP Benchmark的測試上獲得優異成績。STM32U5的節能新功能包括讓DMA控制器和主要外部週邊，在CPU休眠的情況下可自主運行的LPBAM(低功耗背景自主模式)，Ethan Huang也指出，STM32U5使用了Arm Cortex-M33與ST對運算核心架構的改良，是此產品可以有此優異低功耗表現的主因。
在資安保護方面，Bossen WU點出，STM32U5在軟硬體兩端都完善設計，在硬體方面，此產品透Arm架構的TrustZone機制，將硬體執行環境切割為可信任與不可信任兩大區塊，兼具安全與效率，軟體方面則利用STM32Cube SBSFU的軟體開發工具，協助業者建構安全的運作環境。
STM32Cube生態系 大幅強化產品開發效能
軟體開發工具的功能品質，對產品性能與上市時程的影響極為關鍵，Willy Chang在「不可不知的STM32Cube生態系統」的分享中表示，STM32Cube分為運行於PC上的軟體工具與在MCU上執行的嵌入式軟體，前者由ST免費提供，作為STM32開發之用，其工具包括初期的選型與資源配置階段的STM32CubeMX、開發階段的STM32CubeIDE、可透過圖形化介面或命令列方式，將程式燒錄至MCU內外記憶體的STM32CubeProgrammer與協助工程師觀察程式變數，並微調與診斷應用程序的STM32CubeMonitor。
後者包括STM32Cube MCU Package與STM32Cube Expansion。STM32每一系列產品都有專屬的STM32CubeMCU Package，其中包含了該系列所有的驅動程式與中介軟體，STM32Cube Expansion則是STM32CubeMCU Package的延伸，內部包含了各種應用範例，可協助工程師縮短產品開發期程。
Ethan Huang進一步介紹STM32Cube新增的中介軟體–AzrureRTOS，這項由ST與微軟合作的中介軟體，可與STM32Cube的嵌入式軟體整合，工程師將更容易操控STM32的週邊，並搭配STM32Cube的豐富生態系，衍生出多元應用變化。
另外ST專案經理Steven Liao則講解STM32的軟體框架TouchGFX，他表示TouchGFX是為了解決各類設備的圖形化介面設計而生，此框架包括TouchGFX Designer、TouchGFX Generator、TouchGFX Engine三種工具，工程師可與STM32Cube的生態系結合，優化產品開發效率。
AI是智慧化的主要技術，ST產品經理Daniel Wang以「STM32創意接軌 AI人工智慧」為題指出，MCU可為終端設備提供更好的使用者體驗、即時性、穩定性、隱私性、低耗電，並能優化雲端運算的運作效能。
針對市場的AI需求，STM32完整的產品線可因應不同場域提供對應功能，STM32依核心的選擇分為兩類，採用Arm Cortex-M0、M0+、M3的業者可使用ST特別設計的NanoEdge.AI方案；採用Arm Cortex-M4、M33、M7或M4/M7雙核者，適用於高效能產品，這類產品除可用NanoEdge.AI外還可透過ST的STM32Cube.AI生態系，強化AI運算能力。
為了協助工程師快速打造具備AI能力的設備，ST在AI開發過程中的不同環節都提供了合適工具，其多樣的開發版有利於系統擷取、標示資料，並將訓練模式的數據快速且完整的轉換到終端設備，再透過STM32家族MCU進行推論與運行。
馬達控制是MCU最常見的應用之一，在「STM32打造數位電源及馬達控制新視野」議題中，ST專案經理Otis Chan表示，STM32家族在數位電源應用領域擁有STM32F334、STM32G474、STM32H743等三款內建高解析度計時器產品，STM32G474則是其中的新世代MCU，所配置的谷底電流偵測、電流斜率補償、12個高解析度PWM輸出，都是前一代產品所沒有的功能。另外這款MCU的高效率運算核心、數學運算加速器與先進馬達計時器，適用於空調機、電動機車等家用產品。
另外ST針對數位電源應用提供了齊全的開發工具，此生態系包括為初學者設計的線上學習資源、為開發者打造的功能完整STM32G4探索套件、整合MCU開發版與Bricha的平台、多種規格的硬體開發版。至於馬達控制部分，STM32家族除了STM32L0、L1之外，其他產品都可支援，工程師可使用ST最新的STM32馬達控制軟體套件MCSDK，此開發套件建立於STM32Cube生態系，可有效提升馬達控制產品的開發效率，快速回應市場需求。
除了介紹STM32的各種MCU與開發生態系，這次線上研討會也邀請多位ST的客戶，介紹STM32的應用，群利科技透過STM32H系列的MCU，打造出功能強大的自行車車表，可詳細記錄車手的訓練數據。
亞信電子則使用STM32H7 MCU，讓該公司的從站馬達工作站可充分發揮EtherCAT工業通訊標準的即時功能，達到精準同步目標。電源供應器大廠明緯的可視化電源控制介面，也導入STM32F7與F3兩款MCU，藉由ST在軟硬體兩端的豐富資源及人機介面開發軟體TouchGFX，提供客戶優質的產品使用體驗。
廣運科技的致動器已廣泛應用於多數場域，經由STM32 MCU的助力，該公司產品可以在嚴苛環境中保持穩定運作，從而強化系統效能，由以上案例可看出，STM32無論在產品品質或開發環境建更都提供了完整協助，客戶可藉此快速完成商品設計，掌握龐大的市場商機。
