对于MCU来说,其发展最早可以追溯到20世纪60年代,应用于数字手表、计算器等小型电子产品。随着技术不断进步和应用场景的不断扩大,MCU被广泛应用于各种电子设备,如智能家居、智能穿戴设备、智能车载系统、工业自动化、医疗设备、安防监控等领域,各种MCU的功能和性能也不断提高,从8位到16位、32位、64位等不同位宽的芯片,从几百字节到数兆字节的存储器容量,从几十个到数百个甚至数千个的引脚数量,MCU已经成为了电子设备中不可或缺的重要组成部分。

在物联网时代,MCU作为边缘计算设备的核心组件,需要具备更高的处理运算能力,同时还需要支持高速通信、多种通信协议解析,甚至集成嵌入式 AI 等多重功能。因此,MCU技术的发展趋势受到了业界的广泛关注。

自 2007 年 STM32 推出首款基于 Cortex 内核的 MCU 以来,意法半导体(ST)在 MCU 市场上不断提高创新能力,并持续推出多款 STM32 新产品。作为全球通用微控制器市场的领先品牌之一,以及工业级 32 位 MCU 的先锋,截至目前, STM32 在中国有超过 10 万个客户,在全球有超过 40 万个客户,累计出货量超过 1100 亿颗。


(资料图片)

近期,意法半导体举办了 STM32 创新媒体沟通会,介绍了面向智能物联时代,STM32 的技术发展趋势和战略,并揭晓了多款 STM32 创新产品。

从8-bit到32-bit

在沟通会上,意法半导体 MDG 中国区总监曹锦东表示,从性能和供应方面来说,32位MCU都可以提供更高的性能和更灵活的供应,“今天客户依然用同样成本、同样价钱去买8位MCU,为什么不去买一个32位MCU呢?”

而作为STM32家族中最经济的MCU,STM32C0率先将32位MCU引入8位应用市场,具有集成容易、紧凑封装的优势,面向的是生产消费电子产品,且成本敏感型的用户。在价位相同的前提下,如果与STM8S进行比较,STM32C0在性能上实现了10倍的提升,过去1毫秒只能处理一个任务,如今则可以处理10个,对信号的检测、过滤、处理等任务来说,用STM32C0都可以更加游刃有余,大大降低了开发者32位功能的使用门槛

不仅如此,为了保障客户能够顺利从8位迁移至32位,意法半导体在封装、引脚设计、硬件布板上都实现了兼容性设计,在封装上保持与STM32G0一致,不仅为产品未来升级预留了空间,也在整体上实现了与STM320G0可以无缝切换,支持全系引脚兼容、相同IP平台、软件移植容易,其强大的STM32生态系统、STM32Cube开发工具,开发者社区帮助开发者轻松走进32位世界。

此外,STM32C0还具备让过去产品中的两颗芯片合二为一的能力。曹锦东表示,“用STM32C0一颗MCU,而不去用两颗MCU,帮助客户减少供应链复杂度,同时提升整个控制性能。” 例如,某客户过去会用STM8S做电机控制,用STM8做摇控器,现在用一颗STM32C0就能取代STM8S与STM8,同时满足了在性能与低功耗上的双重要求。

满足更高性能与安全性

目前,MCU的发展趋势主要表现在以下几个方面:

1.集成度不断提高。随着制程工艺的进步和芯片封装技术的不断创新,MCU内部集成的模块数量不断增加,功能更加强大,体积更小,功耗更低。

2.性能不断提升。MCU的主频、存储器容量、计算能力等性能指标不断提高,使得MCU可以处理更加复杂的任务和算法,同时也可以支持更高的数据传输速率。

3.多核并行处理。为了满足更加复杂的应用场景,MCU开始向多核并行处理方向发展,可以实现更高效的数据处理和计算任务。

4.低功耗和节能。随着物联网应用的不断扩大,MCU需要具备低功耗、长续航等特点,以满足各种电池供电应用的需求。

5.安全性和可靠性增强。随着物联网设备的数量不断增多,对于数据安全和设备可靠性的要求也越来越高,MCU需要具备更加严格的安全性和可靠性保障措施,如硬件加密、安全启动等。

意法半导体 MDG中国区通用微控制器事业部技术市场高级经理何荻凡表示,在性能方面,意法半导体全新发布的 STM32H5 基于 Cortex-M33 内核开发,是 STM32 里最快的 Cortex-M33 产品,用于 250 MHz 的主频,基本可以满足大多数工业应用类需求。同时,STM32H5 是基于 ST 优化的 40nm 工艺,同时提供很丰富的存储、外设和封装的选择。

在安全性和可靠性方面, 针对消费类器件应用,STM32H5 带 USB PD (power delivery)、I3C 等外设,能够满足客户的各种需求。同时,STM32H5 还提供如安全存储、HUK、防侧信道攻击、对称加密的加速器(AES)和非对称加密加速器(PKA)等功能。 如果客户需要实现安全启动,STM32H5 自带的安全启动软件(boot ROM)可以直接使用,不需要客户自己开发安全启动模块。此外,STM32H5 支持 Secure Manager(安全管理器),能够把安全存储服务、加解密服务、认证服务等都集成好,大部分的安全功能也已经被 ST 覆盖完成,让客户更容易实现信息安全。

全新推出的低功耗MCU

STM32WBA是一款超低功耗、高安全性的无线微控制器,主要面向基于802.15.4的BLE5.3、Zigbee、Thread以及基于Thread的Matter产品,适用于相对短距离的通信。作为STM32微控制器的年轻一代,STM32WB是第一款支持2.4G双核技术的产品。它包括一个运行无线协议栈的M0内核和一个运行应用程序的M4内核,因此是一款双核产品。存储空间最高支持1Mb内存和256K RAM,并且支持BLE5.3、Zigbee、Thread和私有2.4G协议,所有协议都可以支持多协议静态和动态并发。

意法半导体 MDG中国区通用微控制器事业部无线产品市场经理于引表示,从制造工艺来说,STM32WBA 采用 40nm 工艺,基于 STM32U5 超低功耗平台,可以支持更多的低功耗模式。同时,虽然是无线产品,但还是继承了 STM32 丰富和完整的生态系统。

通过引入低功耗模式,STM32WBA可以使 WBA 比之前的蓝牙产品提供更好的功耗表现,同时也使唤醒时间可以更快,整体性能上可以做一个提升。此外,STM32WBA 还延长了数据存储寿命,其中有 256KB 闪存擦写次数达到 10 万次,同时集成片上天线匹配电路,在工程设计中,整个物料成本可以做进一步的优化。

从MCU到MPU

MPU是Microprocessor Unit(微处理器单元)的缩写,通常集成了处理器、存储器和各种外设,以提供完整的微控制器解决方案。与MCU相比,MPU更加强大,具有较高的处理能力和灵活性,通常用于需要高性能、大规模存储和复杂任务处理的应用,如智能家居、工业自动化、医疗设备、汽车电子、物联网等领域。

其中,MPU与MCU的最大区别在于内存系统的设计。通常,MPU采用分离的存储器,如Flash、SRAM、SDRAM等,同时支持外设接口,可以连接更多的存储器和外设。而MCU则将存储器和外设集成在一起,整体封装在一个芯片中,以更小的尺寸和更低的成本来满足简单应用的需求。

为赋能下一代智能设备,实现更安全、低碳应用,MPU产品家族也迎来了新成员STM32MP13 MPU,该产品也是迄今为止价格最实惠的STM32 MPU。

意法半导体 MDG中国区通用微控制器事业部微处理器产品市场经理霍笋表示,在易应用性方面,STM32MP13 在软件上支持 OpenSTLinux,并且扩展了实时功能,即支持 Linux-RT 的 X-40LINUX-RT 扩展包,此外还支持了 RTOS 和 Bare Metal,用户可以方便的使用 STM32MP13 开发基于裸机和 RTOS 实时操作系统的应用;在硬件方面,提供所有封装系列 PCB 的参考设计;在安全方面,STM32MP13 里面内置了强大的安全功能,安全功能还通过了行业相关认证;在低功耗方面,STM32MP13 表现非常出色,尤其在各种低功耗模式下,比如在待机和 VBAT 模式下可以实现节能 90%以上。

不仅如此,STM32MP13 还通过了严苛的工业级测试,可以支持 10 年 100%的运行时间。芯片结温范围最宽支持-40到+125 度。在系统性能方面,其内置 Cortex-A7 最高主频可以达到 1GHz,DRAM 支持 533MHz 时钟,而且有优化的内部互联。

2021年时,意法半导体排名全球通用MCU第一名,这些增长和排名来自自己内部的有机增长,没有任何大的收购和合并。如今,意法半导体已形成五大产品系列,20条产品子线,千款型号、I/O兼容,STM32大家族包含主流型、超低功耗、高性能、无线型MCU以及MPU,全面覆盖各种应用需求。意法半导体亚太区微控制器和数字IC产品部(MDG)、物联网/人工智能技术创新中心及数字营销副总裁朱利安也表示,未来意法半导体将积极扩大产能,确保安全和灵活的供应链。

未来,随着物联网设备的普及和云连接、智能边缘时代的到来,物联网设备将变得更加智能、互联和安全。为了满足这一趋势,设备端需要更加智能的处理能力和更安全的连接方式,微控制器和数字IC产品的发展方向也将更加注重安全性、互联性和智能化。意法半导体也将迎来一个新时代,未来的STM32产品将主要聚焦于安全性、无线连接和人工智能等领域,以满足市场需求的不断变化和升级。

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