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【專家解答】這可能是今年最重磅的STM32新品——揭秘STM32U5

2021/12/06 08:44

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近日，ST發布了一款超低功耗旗艦級MCU產品——STM32U5。這款MCU上凝聚了ST在MCU領域的最新技術積累，在Coremark的ULPBENCH跑分獲得了240 DMIPS/651Coremark的表現，此外還取得了PSA 3級和SESIP3安全認證。

我們匯總了ST關于STM32U5迄今為止的全部官方信息，來給大家揭秘其超低功耗和高安全性背后的秘密。

省電功能：創新的LPBAM實現更靈活功耗設置

新系列微控制器引入了一個創新的自控模式——低功耗后臺自主模式Low Power Background Autonomous Mode（LPBAM），可以讓直接存儲訪問（DMA）控制器和外圍設備在大多數設備休眠時保持正常工作，以節省電能。精細的操作模式控制可以關閉MCU的部分內存，避免給閑置單元供電。
此外，STM32U5 MCU采用40nm制造技術，一個適用于MCU的先進制程，可節省動態工作模式下功耗。

新產品還傳承了上一代超低功耗MCU STM32L0，STM32L4和STM32L5的成功的產品特性，包括根據工作負荷優化能耗的動態電壓調節和高效讀取閃存的ST ART Accelerator?訪存加速技術，并且現在，除內存外，ST ART Accelerator的最新功能還允許讀取MCU外部閃存。

通過集成一個先進的DC/DC電壓轉換器和低壓降（LDO）穩壓器，系統可以靈活選擇內核供電方式，從而將STM32U5將動態功耗降低到19μA/MHz以下。

安全性升級：PSA 3級和SESIP3安全認證

主打安全的STM32U5系列搭載支持Arm TrustZone?技術的Cortex-M33處理器內核，集成意法半導體獨有的安全功能，在此基礎上，STM32U5系列引入了最新最先進的技術：

AES加密引擎和公鑰算法加速器（PKA）硬件單元具有抵御側信道攻擊的能力；
使用硬件唯一密鑰（HUK）保護數據存儲安全；
主動防篡改檢測；
內部監控技術可以在發生干擾攻擊時刪除保密數據，有助于滿足PCI安全標準委員會（PCI SSC）對銷售終端設備（POS）的安全要求。

STM32U585通用安全微控制器通過PSA 3級和SESIP3安全認證，通過了邏輯、電路板和基本物理三項防御測試，證明該微控制器的網絡保護達到相當高的水平。
因為增強了防篡改和軟件保護功能，STM32U585還適用于控制PIN交易安全（PTS）設備，這種設備必須滿足支付卡行業安全標準委員會（PCI SSC）的技術要求。作為一種安全通用MCU，STM32U585為開發者提供了一個簡化銷售和自助支付終端的設計生產的整體解決方案。
獲得“PTS官方批準設備”標志的產品通常需要專門用于防御在線攻擊和邊帶攻擊的安全芯片，還要單獨用一個MCU管理鍵盤、顯示器和USB連接等功能。現在，STM32U585單片整合了這所有功能，從而簡化了產品設計，并優化了從采購和庫存管理到最終組裝的生產物流。終端制造商還可以根據PCI PTS v6等適用標準更快、更輕松地測試認證產品。
STM32U585符合Arm? Trusted Base System Architecture（TBSA）可信基礎系統架構的要求，采用Arm TrustZone? 體系架構，具有保護連接設備所需的各種典型安全功能，其中包括加密算法加速器、安全數據存儲、安全固件安裝、安全引導和安全固件更新。
附加的安全功能使新產品的網絡保護功能領先于典型的通用MCU，其中包括在發生干擾攻擊時清除機密數據的內部監控，這有助于滿足PCI SSC的POS應用要求。其他的保護功能包括：增加邊帶攻擊（SCA）分析，強化對稱和非對稱公鑰加速器（AES，PKA）的加密功能；保護數據存儲安全的唯一硬件密鑰；以及內置主動篡改檢測。

升級外設：2MB片上存儲容量等

除了節省功耗和提高安全性外，設計人員還可以利用新功能來滿足應用的嚴格要求。例如，更高的閃存密度、高達2MB的片上存儲容量，片外存儲器快速接口可以使系統進一步擴容。最高0.5MB的片上閃存將耐擦寫能力提高到100,000次讀/寫，為用戶數據保存提高可靠保證。

針對下一代感測和跟蹤應用，新系列產品還提供了先進的高速14位模數轉換器（ADC）。
多功能數字濾波器（MDF）和音頻數字濾波器（ADF）取代了意法半導體久經考驗的Sigma-Delta調制數字濾波器（DFSDM）。極大提高了聲音檢測功能，通過提高聲音活動檢測性能，這些功能讓用戶能夠將AI集成到基于低成本、低功耗微控制器的應用場景。
此外，通過在產品RAM存儲器內嵌入糾錯碼（ECC）存儲器，STM32U5 MCU還可以滿足關鍵安全應用的要求。

STM32U5開發生態已同步更新

目前STM32U5的兩款型號STM32U575和STM32U585的典型目標應用包括智能聯網消費產品，例如，活動跟蹤器和智能手表，以及智能家居設備、水電氣表、工業傳感和信號調理設備、移動銷售（POS）終端設備、胰島素泵和血糖儀。
B-U585I-IOT02A探索套件將讓開發者能夠開發各種應用，充分探究低功耗通信、多路傳感器和直接上云功能。開發板上集成Wi-Fi和藍牙模塊、麥克、溫濕傳感器、磁力計、加速度計和陀螺儀、壓力傳感器、飛行時間傳感器和手勢檢測傳感器。

STM32Cube軟件套件將集成Azure RTOS實時操作系統，并具有STM32CubeMX和STM32CubeIDE等工具的支持，以及應用代碼示例，為STM32Cube帶來更多重要優勢，例如優異性能和行業認證。
STM32CubeU5的支持生態系統可在ST.com和GitHub網站下載，有200多個項目示例，并提供軟件幫助實現LPBAM、Wi-Fi?和Bluetooth? Low-Energy （BLE）等MCU功能。新產品支持OpenBootloader，降低了自定義bootloader代碼的實現難度。Azure RTOS操作系統含有ThreadX RTOS以及FreeRTOS和 CMSIS OS wrappers，確保應用性能優異，并簡化行業認證。此外，X-CUBE-STL自測庫和功能安全文檔可輔助安全關鍵應用開發，并加快基于STM32U5的產品取得IEC61508 SIL認證。還有一些軟件包可以簡化網絡安全并幫助遵守行業最佳慣例，其中包括安全啟動和安全固件更新（SBSFU）的參考代碼和利用內核中的Arm TrustZone? 隔離技術實現PSA 3級和SESIP 3級認證安全服務的可信固件（TF-M）示例。
意法半導體更新了經行業認證的X-CUBE-CRYPTOLIB加密庫，簡化了API，增加了加密算法，支持安全固件安裝（SFI），保護客戶固件下載的安全。這些軟件包支持增強的MCU硬件安全功能，包括加強對側信道攻擊的保護，以及用于擦除機密數據的內部監測，滿足支付卡行業（PCI）對POS應用的要求。