STM32WB: новый перспективный мультисистемный чип BLE/ZigBee/Thread/802.15.4

16 апреля

ST Microelectronicsстатьяинтегральные микросхемыбеспроводные технологии

Новинка от STMicroelectronics, объединяющая в одной системе-на-кристалле (СнК) ядро для прикладных задач Cortex®M4 и ядро радиоконтроллера Cortex®M0+, претендует на роль базового изделия растущего рынка компонентов для интернета вещей.

Микроконтроллеры STMicroelectronics отличает хорошее соотношение цены, производительности, набора периферийных устройств и потребляемой мощности.

STMicroelectronics предлагает надежные и экономичные беспроводные решения для подключения интеллектуальных объектов к локальной сети и облаку, то есть для интернета вещей.

Линейка поставок компании включает в себя трансиверы, сетевые процессоры и модули как для субгигагерцевого диапазона (6LowPan, WMBUS, SigFox и  LoRaWAN), так и для диапазона 2,4 ГГц (Bluetooth Smart®, Thread). Разработчикам доступны также программные библиотеки, стеки протоколов, отладочные платы.

Реалии вариантов применения интернета вещей (Internet of Thihgs, IoT) и ближайшие перспективы его развития требуют от некоторых устройств, включенных в его работу, достаточно сложного функционална. В частности – одновременной работы в нескольких сетях, возможности работы напрямую с пользовательскими устройствами, переключения режимов работы в зависимости от действий пользователя, времени суток или иных условий.

Все это ставит перед разработчиками IoT-устройств задачу по обеспечению требуемого функционала устройств в условиях ограниченных размеров, энергообеспечения и быстрых сроков выпуска продукции на рынок.

Новинка на рынке IoT – серия STM32WB

Компания STMicroelectronics выпускает новое решение для IoT-устройств – беспроводные системы на кристалле (СнК) серии STM32WB [1, 2].

В отличие от конкурирующих решений STM32WB содержит два производительных ядра ARM-Cortex:

  • ядро ARM® Cortex®‐M4 (прикладное), работающее на частотах до 64 МГц, для пользовательских задач имеется модуль управления памятью, модуль плавающей точки, инструкции ЦОС (цифровой обработки сигналов), графический ускоритель (ART accelerator);
  • ядро ARM® Cortex®‐M0+ (радиоконтроллер) с тактовой частотой 32 МГц, управляющее радиотрактом и реализующее низкоуровневые функции сетевых протоколов.

Архитектура STM32WB оптимизирована по производительности, энергопотреблению и даже по списку компонентов (BOM). Идеологически данная серия является развитием серии ультрамалопотребляющих контроллеров STM32L и имеет аналогичный набор аналоговой и цифровой периферии.

Структура СНК STM32WB представлена на рисунке 1 [3].

Рис. 1. Структура СНК серии STM32WB

Рис. 1. Структура СнК серии STM32WB

Основные характеристики (таблица 1):

  • типовое энергопотребление 50 мкА/МГц (при напряжении питания 3 В);
  • потребление в режиме останова 1,8 мкА (радиочасть в режиме ожидания (standby));
  • потребление в выключенном состоянии (Shutdown) менее 50 нА;
  • диапазон допустимых напряжений питания 1,7…3,6 В (встроенный DC/DC–преобразователь и LDO-стабилизатор);
  • рабочий температурный диапазон -40…105°С.

Периферийные устройства:

  • I²C (2);
  • USART;
  • LP-UART;
  • SPI (2);
  • USB0 FS с поддержкой обнаружения зарядки;
  • аудиоинтерфейс SAI;
  • Q-SPI (XIP);
  • шесть 16-битных таймеров, включая таймеры с ультрамалым потреблением);
  • выход тактовой частоты 32 кГц;
  • контроллер емкостного сенсора;
  • АЦП (12/16 бит);
  • бустер для ЖК-дисплея.

Более того, в STM32WB встроены согласующий фильтр радиотракта (RF balun) и USB интерфейс.

Доступные для разработчика бесплатные программные продукты:

  • стек BLE 5;
  • стек OpenThread;
  • MAC уровень 802.14.5;
  • в 2019 году планируется выход стека ZigBee;
  • драйверы HCI;
  • библиотека STM32CubeMX;
  • утилита тестирования работы радиоканала STM32CubeMonitor-RF;
  • среды разработки (IDE ) – Atollic, AC6: SW4STM

Таблица 1. Основные характеристики контроллеров серии STM32WB [1]

Наименование STM32WB55CG STM32WB55RG STM32WB55VG
Маркетинговый статус Preview Preview Preview
Тип корпуса UFQFPN 48 7x7x0.55 VFQFPN 8x8x1.0 68L PITCH 0.4 THIN WLCSP 100 DIE 495 P0.4, WLCSP 100L DIE 495 PITCH 0.4
Flash-память, кбайт 1024 1024 1024
Оперативная память, кбайт 256 256 256
16-битные таймеры 5 5 5
32-битные таймеры 1 1 1
Дополнительные функции таймеров 2xWDG, PWM, RTC, SysTick 2xWDG, PWM, RTC, SysTick 2xWDG, PWM, RTC, SysTick
Количество каналов АЦП 12 бит 16 16 16
Компараторы 2 2 2
Количество линий ввода-вывода 29 48 72
Контроллер дисплея LCD 4×44/8×40 LCD 4×44/8×40 LCD 4×44/8×40
I²C 2 2 2
SPI 1 2 2
Тип USB-интерфейса USB FS USB FS USB FS
USART 1 1 1
UART 1 1 1
Поддерживаемые беспроводные стандарты 2.4GHz, 802.15.4, BLE, Thread/OpenThread, ZigBee 2.4GHz, 802.15.4, BLE, Thread/OpenThread, ZigBee 2.4GHz, 802.15.4, BLE, Thread/OpenThread, ZigBee
Дополнительные последовательные интерфейсы SAI SAI SAI
Параллельные интерфейсы Quad SPI Quad SPI Quad SPI
Блоки шифрования AES AES AES

Особое внимание в серии STM32WB было уделено внедрению функций аппаратного обеспечения безопасности, таких как 256-битные AES, PCROP, JTAG Fuse, PKA и Root Secure Services (RSS). RSS позволяет аутентифицировать прошивку при загрузке «по воздуху» независимо от радиостека или приложения.

Трансивер диапазона 2,4 ГГц, управляемый ядром Cortex-M0+, потребляет 3,8 мА в режиме приема и всего 5,5 мА в режиме передачи (при выходной мощности 0 дБм). Максимальная выходная мощность может достигать +6 дБм, а полный бюджет радиоканала составляет 104 дБ.

Радиоконтроллер содержит сертифицированные стеки протоколов, включая стеки OpenThread и Bluetooth 5 с поддержкой Mesh 1.0 (рисунки 2 и 3). Общий уровень доступа HCI и Media Access Control (MAC) радиоприемника дает разработчикам гибкость в использовании стека Bluetooth Low Energy (BLE) или стеков стандарта 802.15.4 от сторонних производителей.

Рис. 2. Распределение ролей процессорных ядер в СНК STM32WB

Рис. 2. Распределение ролей процессорных ядер в СнК STM32WB

Распределение памяти в STM32WB изображено на рисунке 3:

Рис. 3. Пример распределения памяти в STM32WB

Рис. 3. Пример распределения памяти в STM32WB

  • голубой цвет обозначает встроенные/вшитые протоколы;
  • синий – предварительно скомпилированные бинарные файлы;
  • зеленый – доступное в виде исходных текстов;
  • серый – возможность добавления собственных протоколов или протоколов от сторонних производителей.

Приятным моментом для поклонников разработки беспроводных решений на базе STM32WB станет большой объем оперативной и Flash-памяти (рисунок 4):

Рис. 4. Объемы памяти и типы корпусов СНК серии STM32WB55

Рис. 4. Объемы памяти и типы корпусов СнК серии STM32WB55

  • оперативная память – 128…256 кбайт;
  • Flash-память – 256 кбайт…1 Мбайт.

Новая опция, дающая солидное конкурентное преимущество – это возможность работы с двумя стеками протоколов одновременно (фактически можно работать/присутствовать сразу в двух беспроводных сетях). В частности, в STM32WB реализована взаимная работа BLE и протоколов на базе стандарта 802.15.4 (пример параллельной работы с Thread показан на рисунке 5). Это позволяет легко наладить взаимодействие с пользовательскими устройствами – смартфонами, планшетами, ноутбуками, – или интегрироваться в общую сеть дома или предприятия.

Рис. 5. Одновременная работа в сетях BLE и Thread

Рис. 5. Одновременная работа в сетях BLE и Thread

Заключение

Новая серия мультипротокольных беспроводных систем на кристалле STM32WB является перспективным решением для IoT. Технические параметры STM32WB делают эти микроконтроллеры одними из лучших в своем классе благодаря малому потреблению и высокой чувствительности радиотракта.

Отличительной особенностью является поддержка параллельной работы в сетях BLE и 802.15.4. Большой объем постоянной и оперативной памяти позволяет применять в разрабатываемых изделиях достаточно сложные и ресурсоемкие протоколы без опасения, что прикладной задаче не хватит памяти (особенно оперативной). Увеличенный объем памяти позволит поддерживать и маршрутизировать достаточно большие и разветвленные сети. Наличие таких периферийных устройств как USB и LCD-драйвер позволяет применять STM32WB в IoT-устройствах различного класса – от небольших автономных изделий до устройств, непосредственно взаимодействующих с пользователем.

Литература

  1. STM32WB Series — Wireless Microcontrollers (MCUs). STMicroelectronics
  2. STM32_ The Best Goes Wireless with STM32WB
  3. New STM32WB Series MCU with Built-in BLE 5 and IEEE 802.15.4
•••

Наши информационные каналы

О компании ST Microelectronics

Компания STMicroelectronics является №1 производителем электроники в Европе. Компоненты ST широко представлены в окружающих нас потребительских товарах – от iPhone до автомобилей разных марок. Лидеры индустриального рынка выбирают компоненты ST за их надежность и выдающиеся технические параметры. В компании ST работает 48 000 сотрудников в 35 странах. Производственные мощности расположены в 12 странах мира. Более 11 тысяч сотрудников заняты исследованиями и разработками – инновационное лидерство ...читать далее

Товары
Наименование
STM32WB55CEU6 (ST)
STM32WB55CCU7 (ST)
STM32WB55CGU6 (ST)
STM32WB55CСU6 (ST)
STM32WB55RGV6 (ST)
STM32WB55CCU6 (ST)
STM32WB55CGU7 (ST)
STM32WB55RGV7 (ST)
STM32WB55CСU6 (ST)
STM32WB55VGY6TR (ST)
STM32WB55RCV6 (ST)