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意法半导体STM32家族首次引进片上无线通信功能,一切皆因物联网而变

作者:单祥茹  来源:中国电子商情

发布时间:2018-10-25

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面对前景广阔的物联网市场,意法半导体(ST)终于推出了带有无线通信功能的STM32WB系统芯片(SoC)。

此前,ST在无线通信市场一直坚持使用STM32 MCU+蓝牙双芯片方案。“然而物联网市场上用户的需求有了很大改变,客户经常会面临成本和小尺寸的压力,因此我们希望能把在蓝牙芯片内部的IP集成到STM32中,以单芯片的形式提供给客户。这样即可以节约成本,又能降低设计的难度。”意法半导体STM32超低功耗和网络微控制器市场经理Hakim Jaafar在STM32WB系列微控制器发布会上表示。

STM32WB平台是意法半导体STM32产品家族首款集成低功耗蓝牙低功耗(BLE)和IEEE802.15.4射频模块的无线通信系统芯片(SOC),它整合了一个功能丰富的Arm Cortex-M4微控制器和一个Arm Cortex-M0+内核处理器。Arm Cortex-M4微控制器用于运行主要应用软件;Arm Cortex-M0+内核用于减轻主处理器负荷,执行BLE 5.0和IEEE 802.15.4射频实时处理任务。另外,射频控制器还能同时运行其它无线通信协议,包括OpenThread、ZigBee或专有通信协议,为设备接入网络提供更多连接选择。

双核处理器确保资源的灵活配置

图1  双核处理器的优势

在实际应用中,单核和双核无线通信芯片差别很大。对于单核芯片而言,如果要做蓝牙或射频应用,它必须同时处理用户应用以及射频两个部分,在资源协调上要求较高,同时开发者的开发时间和工作量也会增加。由于在物理层上需要分时工作,因此任务处理时间长并且功耗也会增加。对于射频应用而言,功耗提高也是一个棘手的问题。

STM32WB是双核架构,它的巧妙之处就在于,它将应用和射频分开。应用部分由内置的Cortex-M4内核处理,射频协议栈Cortex-M0+内核处理。无论是应用端还是射频端,都为用户提供了更大的自由度。相较于之前两颗单独的芯片方案,单颗双核芯片的成本可以使整个系统的成本降低,同时节省了客户的产品开发时间。

由于STM32WB双核架构可实时执行应用代码和网络处理任务。因此,开发人员在确保出色的用户体验的同时,还能灵活地优化系统资源、功耗和物料清单(BOM)成本。

在STM32WB中,Cortex-M0+网络处理控制器包含工业标准认证的协议栈,包括意法半导体的OpenThread协议栈和支持Mesh 1.0的含有多个Profile的蓝牙5协议栈。射频电路通用HCI和媒体访问控制层(MAC)让开发人员可以灵活地选用BLE协议栈或其它专有的IEEE 802.15.4协议栈。

高集成度降低系统成本
STM32WB集成了连接天线所需的基本电路(巴伦),而在其它解决方案中,通常工程师需要自己设计巴伦;另有大容量的系统存储器、用户存储器、硬件加密、用于品牌和知识产权保护的客户密钥存储器,节省多达9个外部元器件。STM32WB连接稳健、低功耗的2.4GHz射频电路的发送功耗仅为5.5mA,接收功耗只有3.8mA。

为延长电池续航时间,执行复杂的功能,新产品还集成种类丰富的STM32数字模拟外设,包括定时器、超低功耗比较器、12/16位SAR模数转换器、电容触屏控制器、LCD控制器和无晶体USB 2.0 FS、I2C、SPI、SAI音频接口和支持片内执行的Quad-SPI等工业标准通信接口。

强大生态系统降低开发难度
在系统开发上,STM32WB延续或者共用了STM32已经存在的生态系统,显著降低了开发射频应用的门槛。基于现有的STM32生态系统,如Cube生态系统,设计人员能够很快上手。为辅助设计人员开发,简化射频测试,STM32WB平台配有一个专用连接工具STM32CubeMonitor-RF。用户还能利用STM32CubeMX引脚/时钟配置器和代码生成器,以及外设驱动程序、中间件、代码示例和专用STM32 Nucleo开发板 ,缩短产品研发周期。
 

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