意法半導(dǎo)體的STM32 MCU版圖中，目前共包括5個(gè)產(chǎn)品系列:主流MCU系列、超低功耗系列、高性能系列、無(wú)線系列及MPU。論起資歷的話，超低功耗系列是僅遜于主流MCU系列的歷史第二悠久的產(chǎn)品系列。
從2009年發(fā)布的STM32L1，到之后陸續(xù)發(fā)布的STM32L0、STM32L4、STM32L4+、STM32L5,意法半導(dǎo)體超低功耗產(chǎn)品線一直在演繹著超低功耗與產(chǎn)品性能完美結(jié)合的篇章。
日前，該產(chǎn)品線發(fā)布了最新的產(chǎn)品系列——STM32U5。從意法半導(dǎo)體中國(guó)區(qū)微控制器事業(yè)部市場(chǎng)及應(yīng)用總監(jiān)曹錦東和意法半導(dǎo)體中國(guó)區(qū)微控制器產(chǎn)品市場(chǎng)經(jīng)理彭祖年的介紹不難看出，STM32U5的身份非同尋常，內(nèi)核與工藝的全面升級(jí)、超低功耗新旗艦的定位、強(qiáng)勁的性能與豐富的配置，這些都表明STM32U5將是意法半導(dǎo)體超低功耗系列的新一代明星產(chǎn)品。
STM32U5可以說(shuō)是集眾多光環(huán)于一身：首款基于40 nm工藝的超低功耗STM32；首款通過(guò)Level 3認(rèn)證的STM32 MCU；535 ULPMark-CP的低功耗表現(xiàn)；240DMIPS/651 Coremark的性能成績(jī)。
“低功耗與高性能的完美結(jié)合”、“魚(yú)與熊掌兼得”，這樣的語(yǔ)言經(jīng)常被用來(lái)形容之前STM32超低功耗產(chǎn)品。而自基于Cortex-M33的STM32L5發(fā)布，尤其是到了STM32U5，也許用三足鼎立更為適合。低功耗、高性能、安全，這三方面的優(yōu)異表現(xiàn)猶如三足，牢牢撐起STM32超低功耗領(lǐng)域MCU的新旗艦。
與之前產(chǎn)品相比，STM32U5低功耗表現(xiàn)進(jìn)一步提升，產(chǎn)品性能更加強(qiáng)大，安全性則是STM32U5帶給用戶的又一驚喜。這些用戶的產(chǎn)品可能是智能流量計(jì)，可能是可穿戴，可能是醫(yī)療監(jiān)護(hù)設(shè)備，也可能是POS支付終端……
意法半導(dǎo)體中國(guó)區(qū)微控制器事業(yè)部市場(chǎng)及應(yīng)用總監(jiān)曹錦東
意法半導(dǎo)體中國(guó)區(qū)微控制器產(chǎn)品市場(chǎng)經(jīng)理彭祖年
LPBAM帶來(lái)更優(yōu)系統(tǒng)功耗特性
衡量低功耗系列的新旗艦，首當(dāng)其沖的非低功耗表現(xiàn)莫屬。STM32U5交出了一份亮眼的成績(jī)單。下圖所示是第三方EEMBC ULP Benchmark的測(cè)試結(jié)果，這個(gè)測(cè)試結(jié)果不僅僅包含了運(yùn)行狀態(tài)下對(duì)性能的評(píng)估，同時(shí)也將芯片在各種模式下面的功耗水平，綜合地體現(xiàn)。彭祖年介紹，很多用戶可能會(huì)比較關(guān)注超低功耗產(chǎn)品μA/MHz這樣的參數(shù)，但這個(gè)參數(shù)在運(yùn)行狀態(tài)下，以及特定場(chǎng)景中針對(duì)CPU耗電量的評(píng)估，并不能代表一個(gè)系統(tǒng)整體的功耗水平。ULP Benchmark會(huì)針對(duì)不同的測(cè)試狀況，去綜合評(píng)估系統(tǒng)的運(yùn)行性能、運(yùn)行功耗、休眠狀態(tài)和喚醒時(shí)的功耗。在一些測(cè)試的項(xiàng)目中，還會(huì)包括針對(duì)芯片外設(shè)功耗的評(píng)估。
優(yōu)異低功耗表現(xiàn)來(lái)源于創(chuàng)新性的設(shè)計(jì)。STM32U5有一個(gè)比較特殊的功能，叫做低功耗后臺(tái)的自主模式（LPBAM，Low Power Background Autonomous Mode）。彭祖年介紹，通常當(dāng)芯片進(jìn)入一個(gè)低功耗模式時(shí)，CPU是需要斷電的，但產(chǎn)品外面可能還會(huì)搭載很多的傳感器。這些傳感器的數(shù)據(jù)可能會(huì)實(shí)時(shí)地輸入到主控芯片這一側(cè)來(lái)，通常情況下，這個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)傳輸是需要系統(tǒng)或CPU來(lái)進(jìn)行一些操作，做一些數(shù)據(jù)處理的工作，但在STM32U5這款產(chǎn)品上，設(shè)置了一個(gè)獨(dú)特的外設(shè)，可以將很多通用接口包括I2C、SPI、串口、ADC等這些外設(shè)上的數(shù)據(jù)，在不喚醒CPU的情況下，搬運(yùn)至單片機(jī)內(nèi)部一塊SRAM4，大概有16kB的空間，當(dāng)這些數(shù)據(jù)累計(jì)到一定數(shù)量時(shí)，再喚醒Cortex-M33內(nèi)核進(jìn)行一次性的批處理。通過(guò)這一獨(dú)特設(shè)計(jì)，對(duì)于類似于經(jīng)典數(shù)據(jù)采集以及喚醒處理的模型，差不多可以將CPU喚醒的次數(shù)變成原來(lái)的1/10。
此外，STM32U5還應(yīng)用了許多先進(jìn)且靈活的低功耗設(shè)計(jì)，為用戶設(shè)計(jì)提供了更多功耗模式和更多省電小技巧。
卓越性能與豐富片上資源
作為首款基于40 nm工藝的超低功耗STM32 MCU，STM32U5主頻相比前代產(chǎn)品STM32L5由110 MHz提高到160 MHz，性能也得到大幅提升。STM32U5系列已經(jīng)達(dá)到了240DMIPS和651Coremark的性能評(píng)分。同時(shí)，為了進(jìn)一步去挖掘芯片性能的潛力，意法半導(dǎo)體在STM32U5上還設(shè)計(jì)了像數(shù)學(xué)運(yùn)算加速器、ART加速器這些單元，以輔助和加速整個(gè)芯片內(nèi)部運(yùn)算系統(tǒng)的效率。
STM32U5目前是超低功耗系列的旗艦產(chǎn)品， Flash 配置相對(duì)于前代產(chǎn)品更為充足和豐富，以滿足用戶需求。STM32U5系列會(huì)覆蓋到從128 KB一直到4 MB的Flash范圍，目前已經(jīng)發(fā)布的STM32U5家族當(dāng)中第一個(gè)成員STM32U575和STM32U585基本覆蓋了512 KB以上一直到2 MB 的Flash需求的空間。未來(lái)還會(huì)推出更大容量版本的STM32U5系列，以及更小更精簡(jiǎn)的低成本STM32U5的產(chǎn)品。
此外，針對(duì)下一代感測(cè)和跟蹤應(yīng)用，STM32U5系列產(chǎn)品還提供了先進(jìn)的高速14位模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)。并采用多功能數(shù)字濾波器(MDF)和音頻數(shù)字濾波器(ADF)取代了意法半導(dǎo)體久經(jīng)考驗(yàn)的Sigma-Delta調(diào)制數(shù)字濾波器(DFSDM)。極大提高了聲音檢測(cè)功能，通過(guò)提高聲音活動(dòng)檢測(cè)性能，這些功能讓用戶能夠?qū)I集成到基于低成本、低功耗微控制器的應(yīng)用場(chǎng)景。
雙管齊下：信息安全+功能安全
隨著嵌入式設(shè)備、工業(yè)設(shè)備及個(gè)人消費(fèi)電子日益增長(zhǎng)的智能化和聯(lián)網(wǎng)需求，安全則成為MCU越來(lái)越重要的性能。安全性則是STM32U5的重要考量。
彭祖年介紹，在安全方面，STM32U5設(shè)計(jì)了層層的保護(hù)。首先，它是基于Cortex-M33的內(nèi)核，天生支持TrustZone這樣的隔離架構(gòu)，但在STM32U5這款產(chǎn)品上，單單內(nèi)核的隔離或TrustZone的支持是不夠的。意法半導(dǎo)體針對(duì)于產(chǎn)品內(nèi)部的存儲(chǔ)、總線以及外設(shè)都做了隔離配置的設(shè)計(jì)。除了隔離之外，STM32U5還增加了更多的安全加密的功能，以及全程可控的多層保護(hù)狀態(tài)機(jī)。存儲(chǔ)保護(hù)方面也做了全新的更新，針對(duì)內(nèi)部存儲(chǔ)防篡改，增加了OTP這樣的空間，還有更多的主動(dòng)式防侵犯的active tamper的設(shè)計(jì)等。在這樣的完整的安全設(shè)計(jì)下，STM32U5的Secure Boot安全啟動(dòng)也可以讓用戶的安全架構(gòu)設(shè)計(jì)能夠獲得不可變的穩(wěn)定的信任根。最終，STM32U5通過(guò)PSA Level3的認(rèn)證。這也是目前所有STM32產(chǎn)品當(dāng)中首款可以通過(guò)三級(jí)安全認(rèn)證的產(chǎn)品。
超低功耗MCU上實(shí)現(xiàn)超高的性能，加上強(qiáng)大的安全功能，意法半導(dǎo)體以STM32U5又一次詮釋了超低功耗MCU的新高度。創(chuàng)新始終是其中的核心要素。正如曹錦東總監(jiān)所說(shuō)：“ST在2007年發(fā)布第一個(gè)STM32到現(xiàn)在，我們一直秉承‘釋放你的創(chuàng)造力’這個(gè)slogan，來(lái)驅(qū)動(dòng)我們產(chǎn)品的發(fā)布，以這種創(chuàng)意的方式和我們的用戶有多種形式的溝通。我們希望這個(gè)創(chuàng)新不僅體現(xiàn)在意法半導(dǎo)體自己的產(chǎn)品設(shè)計(jì)里，也會(huì)體現(xiàn)在幫助客戶做創(chuàng)新的設(shè)計(jì)。”