Mikrokontrolery STM32WB – prostota, energooszczędność i minimalizacja kosztów produkcji do aplikacji IoT
| Prezentacje firmowe KomunikacjaPrzełom 2019 i 2020 roku obfituje w różnorodne rozwiązania zintegrowane. Jedną z ciekawszych propozycji na rynku jest STM32WB firmy ST Microelectronics. Platforma ta jest ewolucją znanej, wiodącej na rynku serii mikroprocesorów STM32L4 o ultraniskiej mocy. Zapewnia te same cyfrowe i analogowe obwody peryferyjne, odpowiednie do aplikacji wymagających dłuższej żywotności baterii i złożonych funkcji. Jest to układ SoC, będący połączeniem mikrokontrolerów Cortex-M4 i Cortex-M0+ oraz modułu radiowego umożliwiającego komunikację w paśmie 2,4 GHz. Prosta implementacja, energooszczędność i minimalizacja powierzchni PCB gwarantują tutaj korzyści finansowe w stosunku do tradycyjnych rozwiązań konstrukcyjnych złożonych z oddzielnych elementów.
Nie tylko Bluetooth
Rodzina STM32WB wyposażona została w certyfikowany moduł radiowy zgodny ze standardem IEEE802.15.4. Został on dołączony do rdzenia Cortex-M0+, co wydatnie odciąża działanie głównego procesora. Mikrokontroler zapewnia wsparcie dla Bluetooth 5.0 (BLE) jak również dla standardów Open Thread i ZigBee. Dodatkowo na wyjściu wzmacniacza mocy w.cz. znajduje się symetryzator (balun), co podnosi walory użytkowe prezentowanego rozwiązania.
STM32WB oprócz toru radiowego ma rozbudowane zasoby komunikacyjne, w tym interfejs USB 2.0 FS, port audio, sterownik LCD, do 72 linii GPIO, zintegrowany zasilacz SMPS umożliwiający optymalizację energii oraz daje dostęp do wielu trybów niskiego poboru mocy. Celem jest zmaksymalizowanie żywotności baterii. Oprócz aspektów związanych z komunikacją bezprzewodową i niskim poborem mocy, producent duży nacisk położył na implementację funkcji bezpieczeństwa, takich jak 256-bitowy AES, PCROP, JTAG Fuse, PKA (elliptic curve encryption engine) oraz Root Secure Services (RSS). RSS umożliwia uwierzytelnianie komunikacji OTA niezależnie od używanego stosu radiowego lub aplikacji. Tak wyposażony chip SoC staje się idealnym rozwiązaniem dla szerokopojętego i bezpiecznego IoT.
Innowacyjna architektura i elastyczność
Dwurdzeniowe mikrokontrolery STM32WB z obsługą komunikacji bezprzewodowej są oparte na rdzeniach Arm Cortex-M4 taktowanym częstotliwością 64 MHz (procesor aplikacji) i Cortex-M0 + taktowanym 32 MHz (procesor sieciowy). Dzięki dwóm całkowicie niezależnym jednostkom zapewniono możliwość optymalizacji wykonywanych zadań w czasie rzeczywistym zarówno dla aplikacji, jak i w części sieciowej. Dostępne portfolio układów rodziny STM32WB przedstawiono na rysunku 1.
Architektura wewnętrzna STM32WB pokazana została na rysunku 2. Układ zawiera trzy główne bloki sprzętowe: CPU1 (Cortex-M4), CPU2 (Cortex-M0+) i moduł radiowy.
Każdy z tych trzech bloków może działać niezależnie i znajdować się w jednym z trybów pracy, CRun, CSleep, czy też CStop. Układy peryferyjne tj. przetwornik ADC czy interfejs USB będą taktowane (a więc aktywne) tylko wtedy, gdy skojarzony podsystem jest w trybie CRun lub CSleep. Rys. 1. Portfolio rodziny STM32WB Zasoby takie jak RCC, PWR, AIEC i SRAM2 dołączone do magistrali współdzielonej będą taktowane zawsze, gdy system jest w trybie pracy. Inne obwody peryferyjne na wspólnej magistrali mogą być dołączone do CPU1 i/lub CPU2. SRAM1 i QSPI. Układy peryferyjne w obszarze magistrali CPU1 mogą być powiązane tylko z procesorem CPU1. Druga magistrala CPU1 może zostać dołączona do CPU1 i/lub CPU2. Natomiast magistrala systemu radiowego może być tylko powiązana z procesorem CPU2. Jednocześnie system radiowy może działać, gdy oba procesory są w trybie CSleep i CStop.
Przede wszystkim energooszczędność
Jedną z ciekawszych opcji dostępnych w STM32WB jest FlexPowerControl (rys. 3), który zwiększa elastyczność zarządzania zasilaniem i jeszcze bardziej zmniejsza ogólne zużycie energii. Tryb Run Mode umożliwia taktowanie rdzenia M4 zegarem do 64 MHz z poborem prądu na poziomie 117 μA/MHz! Oprócz niego dostępne jest 8 głównych trybów niskiego poboru mocy: Lowpower Run, Sleep, Lowpower Sleep, tryb uśpienia przy niskiej mocy, Stop 0, Stop 1, Stop 2, Standby z podtrzymywaniem pamięci RAM, Standby i Shutdown. Każdy z powyższych można skonfigurować na wiele sposobów (z uwzględnieniem dodatkowych podtrybów). Ponadto możliwe jest podtrzymanie bateryjne zasobów (RTC i rejestry backupowe) dzięki pinowi VBAT (napięcie > 1,55 V).
Główne zasilanie (VDD) zapewnia pełną funkcjonalność MCU we wszystkich trybach mocy od 1,71 do 3,6 V. Możliwe jest też zasilanie z zewnętrznego stabilizatora 1,8 V (±5%) i wtedy funkcjonalność jest gwarantowana do napięcia 1,61 V (potem następuje tzw. brown-reset). Praca w trybie RF jest dozwolona w pełnym zakresie napięć od 1,71 do 3,6 V. W przypadku korzystania z przetwornika ADC lub komparatorów napięcie VDDA musi być większe od 1,624 V. Napięcie dla LCD może być generowane wewnętrznie lub dostarczane z zewnątrz. Korzystanie z USB wymusza konieczność zasilenia VDDUSB napięciem wyższym od 3 V.
Tomasz Zyska
Masters Sp. z o.o.
www.masters.com.pl
