芯耀
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小到智能手環(huán)、智能燈泡，大到智能路由、智能家電，越來越多物聯網設備融入大眾的生活并被接受，而且應用場景還在繼續(xù)推陳出新。預計到 2025 年全球的物聯網設備會達到 200 億到 500 億臺，這些物聯網設備有一個共同的特點就是需要聯網，為了滿足這一需求，市面上出現了多種“MCU+無線”的組合產品。意法半導體的 MCU 在物聯網領域已經占有巨大的市場份額，近期終于迎來了其集成 BLE 和 IEEE802.15.4 射頻模塊的 STM32WB。
意法半導體中國區(qū)微控制器事業(yè)部市場及應用總監(jiān)曹錦東介紹，“我們一起見證了 STM32 產品線從 F1 到 F2、F3、F7、H7 的發(fā)展，這些產品線圍繞三個方向，一是高性能，ST 有主頻從 120MHz 到 400MHz 甚至超過 400MHz 以上的產品；二是低功耗，ST 發(fā)布了從 L0 到 L4 等低功耗產品線；第三是主流的 MCU，更加注重低成本。今天發(fā)布的是新一代的微控制器系列，是 ST 首款 STM32 集成 BLE 和 IEEE802.15.4 的射頻模塊的系統(tǒng)芯片（SOC），將會幫助 STM32 進入無線領域，并加強 STM32 在物聯網市場的影響力?！?/p>
左：意法半導體中國區(qū)微控制器事業(yè)部市場經理談俊
中：意法半導體 STM32 超低功耗和網絡微控制器市場經理 Hakim Jaafar
右：意法半導體中國區(qū)微控制器事業(yè)部市場及應用總監(jiān)曹錦東
七大產品特性，STM32 改變開發(fā)現狀
STM32WB 具有七大產品特性，其 STM32 超低功耗和網絡微控制器市場經理 Hakim Jaafar 就這些性能做了詳細介紹，“這些特性分別是：第一，增加了無線的可能性，STM32WB 集成了開放的 2.4G 射頻多協(xié)議模塊，支持 Bluetooth 藍牙 5.0 以及 THREAD 和 ZigBee 協(xié)議棧；第二,支持雙核，能夠保證全面控制和超低功耗；第三，物聯網的安全非常重要，我們著力打造物聯網保護，這款產品集成了很多保護和安全性能；第四,針對中國市場或者全球市場在通信方面的成本進行了充分考量，盡量增加集成度（也就是單片機的概念），以減少整個系統(tǒng)的成本；第五，延續(xù) STM32 的傳統(tǒng)，擁有豐富的產品種類，覆蓋從最小 256K 內置閃存到最大 1 兆閃存，從最少的 48 腳封裝到最多 100 腳封裝的配置；第六，STM32WB 可以延續(xù)或者共用 STM32 已經存在的生態(tài)系統(tǒng)，降低開發(fā)射頻應用的門檻，基于我們已經開發(fā)的 STM32 生態(tài)系統(tǒng)，如：Cube 生態(tài)系統(tǒng)，用戶能夠更快地上手；第七，十年的供貨保證，這是長期以來對客戶的承諾。”
配備雙核分工明確，成本下降
STM32WB 不僅集成了 BLE 和 IEEE802.15.4 射頻模塊，讓產品有了無線功能，而且是雙核配置，集成了一個 Arm Cortex-M4 微控制器和一個 Arm Cortex-M0+內核處理器。其中 Arm Cortex-M4 微控制器用于運行主要應用軟件；Arm Cortex-M0+內核用于減輕主處理器負荷，執(zhí)行低能耗藍牙(BLE) 5 和 IEEE 802.15.4 射頻實時處理任務。射頻控制器還能同時運行其它無線通信協(xié)議，包括 OpenThread、ZigBee 或專有通信協(xié)議，為設備聯入物聯網(IoT)提供更多連接選擇。
單核和雙核有哪些不同？雙核的優(yōu)勢在哪里？先看單核芯片，如果系統(tǒng)要做藍牙或者射頻應用，必須同時處理兩部分，因此要在兩個部分之間協(xié)調對資源的要求，開發(fā)者的開發(fā)時間和工作量也會增加。在物理層上面的共用也會使產品有分時的條件，這樣會使任務處理時間增長，功耗增加。射頻應用的功耗也會提高。由于單核芯片的資源相對來說較少，在做應用的同時，要在外面加上配套的 MCU 芯片，會使產品的物料清單成本提高。
Hakim Jaafar 強調，“對于 STM32WB 這樣的雙核芯片來講，它的巧妙之處在于我們將應用和射頻分開。應用部分由內置的 M4 內核處理，射頻協(xié)議棧由內置的 M0 內核處理。無論是應用端還是射頻端，我們都提供了更大的自由度給用戶。除了自由度以外，它的優(yōu)點還包括相較于之前提到的兩顆配套芯片的成本，單顆雙核芯片的成本在整個系統(tǒng)成本上有所降低，同時可以加速客戶開發(fā)面市的時間。”
因為 STM32WB 上的 2.4G 射頻可以支持多種協(xié)議，所以基于+6dBm 輸出功率和高靈敏度的射頻模塊和物理層、鏈路層之上的協(xié)議棧，可以做不同的排列組合，比如同時使用 ZigBee 和藍牙 5.0，或者同時使用藍牙 5.0 和 Thread，又或是 Thread 和 ZigBee 以及同時支持專有協(xié)議。Hakim Jaafar 指出，“通過支持藍牙 5.0 協(xié)議棧，數據速率可以提高兩倍，支持 2 兆的高速率傳輸。同時也支持 5.0 的 Mesh 技術，從而提高網絡的覆蓋面?！?/p>
代碼分區(qū)隔離，安全更有保證
物聯網設備有一個重要的需求就是固件升級，而往往這個環(huán)節(jié)又是最容易被入侵的，如何確保固件安全升級成為設備廠商不斷探討的問題。
STM32WB 對安全性做了特殊設置，雙核起到了很重要的作用。如上圖所示，最左邊的框圖是 M0+封閉的子系統(tǒng)，是安全的域，藍色的部分是 M4 的內核，下面的深藍色部分是內置的閃存空間。
在遠程固件升級的場景中，客戶首先會將自己的客戶密鑰存儲在最左邊的安全區(qū)域里，這是封閉的子系統(tǒng)，如果有新的固件包，用戶可以把新的固件 2.0 放在閃存空間當中，由 M4 來處理。M4 會檢測到新的 2.0 固件，發(fā)出指令收到一個新的固件升級請求。應用處理器 M4 內核會先把固件里面的簽名和密鑰發(fā)給 M0+的子系統(tǒng)做驗證。如果驗證的簽名和密鑰和內部子系統(tǒng)里的內容一致，那更新就會繼續(xù)下去，如果發(fā)現內容不一致，就會停止更新過程。如果密鑰是一致的，系統(tǒng)會通過安全域的通道（灰色通道），然后再燒寫代碼，整個過程都是有監(jiān)控的，所以安全性得到了保證。
攻擊分為非入侵式攻擊和軟件攻擊，軟件攻擊又有多種，比如底層軟件驗證加密上的攻擊和提取密鑰，或者有些惡意軟件或者病毒軟件，以及截取升級權限的攻擊等，面對這些攻擊，STM32WB 如何應對？剛才已經提到 CKS，即在 M0+內核域的用戶密鑰存儲，同時它延續(xù)了以前 STM32 加密的硬件引擎，比如說真隨機數以及加密加速器、讀保護、存儲單元、96 位 ID 等。
非入侵式攻擊會在周邊環(huán)境做篡改，從而得到一些信號或者注入一些錯誤信號，得到想要的信息。Hakim Jaafar 補充，“面對這種情況，STM32WB 的內部集成了很多傳感器或者檢測器，這種檢測器會定時發(fā)現不正常的信號，然后做一些報警、奇偶校驗或者 JTAG 讀出保護，又或者在某些條件下允許閃存啟動，讓這些不正常的信號通道盡可能關閉或者做出警示?！?/p>
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