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“MCU+無線”集成,STM32WB做到物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備聯(lián)網(wǎng)和安全“一把抓”

2018/10/31
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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(lián)網(wǎng)設(shè)備融入大眾的生活并被接受,而且應(yīng)用場(chǎng)景還在繼續(xù)推陳出新。預(yù)計(jì)到 2025 年全球的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備會(huì)達(dá)到 200 億到 500 億臺(tái),這些物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備有一個(gè)共同的特點(diǎn)就是需要聯(lián)網(wǎng),為了滿足這一需求,市面上出現(xiàn)了多種“MCU+無線”的組合產(chǎn)品。意法半導(dǎo)體的 MCU 在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域已經(jīng)占有巨大的市場(chǎng)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(dǎo)體中國區(qū)微控制器事業(yè)部市場(chǎng)及應(yīng)用總監(jiān)曹錦東介紹,“我們一起見證了 STM32 產(chǎn)品線從 F1 到 F2、F3、F7、H7 的發(fā)展,這些產(chǎn)品線圍繞三個(gè)方向,一是高性能,ST 有主頻從 120MHz 到 400MHz 甚至超過 400MHz 以上的產(chǎn)品;二是低功耗,ST 發(fā)布了從 L0 到 L4 等低功耗產(chǎn)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(huì)幫助 STM32 進(jìn)入無線領(lǐng)域,并加強(qiáng) STM32 在物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)的影響力?!?/p>


左:意法半導(dǎo)體中國區(qū)微控制器事業(yè)部市場(chǎng)經(jīng)理談俊
中:意法半導(dǎo)體 STM32 超低功耗和網(wǎng)絡(luò)微控制器市場(chǎng)經(jīng)理 Hakim Jaafar
右:意法半導(dǎo)體中國區(qū)微控制器事業(yè)部市場(chǎng)及應(yīng)用總監(jiān)曹錦東

七大產(chǎn)品特性,STM32 改變開發(fā)現(xiàn)狀
STM32WB 具有七大產(chǎn)品特性,其 STM32 超低功耗和網(wǎng)絡(luò)微控制器市場(chǎng)經(jīng)理 Hakim Jaafar 就這些性能做了詳細(xì)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(lán)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(lián)網(wǎng)的安全非常重要,我們著力打造物聯(lián)網(wǎng)保護(hù),這款產(chǎn)品集成了很多保護(hù)和安全性能;第四,針對(duì)中國市場(chǎng)或者全球市場(chǎng)在通信方面的成本進(jìn)行了充分考量,盡量增加集成度(也就是單片機(jī)的概念),以減少整個(gè)系統(tǒng)的成本;第五,延續(xù) STM32 的傳統(tǒng),擁有豐富的產(chǎn)品種類,覆蓋從最小 256K 內(nèi)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(jīng)存在的生態(tài)系統(tǒng),降低開發(fā)射頻應(yīng)用的門檻,基于我們已經(jīng)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(duì)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(chǎn)品有了無線功能,而且是雙核配置,集成了一個(gè) Arm Cortex-M4 微控制器和一個(gè) Arm Cortex-M0+內(nèi)核處理器。其中 Arm Cortex-M4 微控制器用于運(yùn)行主要應(yīng)用軟件;Arm Cortex-M0+內(nèi)核用于減輕主處理器負(fù)荷,執(zhí)行低能耗藍(lán)牙(BLE) 5 和 IEEE 802.15.4 射頻實(shí)時(shí)處理任務(wù)。射頻控制器還能同時(shí)運(yùn)行其它無線通信協(xié)議,包括 OpenThread、ZigBee 或?qū)S型ㄐ艆f(xié)議,為設(shè)備聯(lián)入物聯(lián)網(wǎng)(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(shì)在哪里?先看單核芯片,如果系統(tǒng)要做藍(lán)牙或者射頻應(yīng)用,必須同時(shí)處理兩部分,因此要在兩個(gè)部分之間協(xié)調(diào)對(duì)資源的要求,開發(fā)者的開發(fā)時(shí)間和工作量也會(huì)增加。在物理層上面的共用也會(huì)使產(chǎn)品有分時(shí)的條件,這樣會(huì)使任務(wù)處理時(shí)間增長,功耗增加。射頻應(yīng)用的功耗也會(huì)提高。由于單核芯片的資源相對(duì)來說較少,在做應(yīng)用的同時(shí),要在外面加上配套的 MCU 芯片,會(huì)使產(chǎn)品的物料清單成本提高。

Hakim Jaafar 強(qiáng)調(diào),“對(duì)于 STM32WB 這樣的雙核芯片來講,它的巧妙之處在于我們將應(yīng)用和射頻分開。應(yīng)用部分由內(nèi)置的 M4 內(nèi)核處理,射頻協(xié)議棧由內(nèi)置的 M0 內(nèi)核處理。無論是應(yīng)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(diǎn)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(gè)系統(tǒng)成本上有所降低,同時(shí)可以加速客戶開發(fā)面市的時(shí)間?!?/p>

因?yàn)?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(shí)使用 ZigBee 和藍(lán)牙 5.0,或者同時(shí)使用藍(lán)牙 5.0 和 Thread,又或是 Thread 和 ZigBee 以及同時(shí)支持專有協(xié)議。Hakim Jaafar 指出,“通過支持藍(lán)牙 5.0 協(xié)議棧,數(shù)據(jù)速率可以提高兩倍,支持 2 兆的高速率傳輸。同時(shí)也支持 5.0 的 Mesh 技術(shù),從而提高網(wǎng)絡(luò)的覆蓋面?!?/p>

代碼分區(qū)隔離,安全更有保證
物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備有一個(gè)重要的需求就是固件升級(jí),而往往這個(gè)環(huán)節(jié)又是最容易被入侵的,如何確保固件安全升級(jí)成為設(shè)備廠商不斷探討的問題。

STM32WB 對(duì)安全性做了特殊設(shè)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(lán)色的部分是 M4 的內(nèi)核,下面的深藍(lán)色部分是內(nèi)置的閃存空間。


在遠(yuǎn)程固件升級(jí)的場(chǎng)景中,客戶首先會(huì)將自己的客戶密鑰存儲(chǔ)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(dāng)中,由 M4 來處理。M4 會(huì)檢測(cè)到新的 2.0 固件,發(fā)出指令收到一個(gè)新的固件升級(jí)請(qǐng)求。應(yīng)用處理器 M4 內(nèi)核會(huì)先把固件里面的簽名和密鑰發(fā)給 M0+的子系統(tǒng)做驗(yàn)證。如果驗(yàn)證的簽名和密鑰和內(nèi)部子系統(tǒng)里的內(nèi)容一致,那更新就會(huì)繼續(xù)下去,如果發(fā)現(xiàn)內(nèi)容不一致,就會(huì)停止更新過程。如果密鑰是一致的,系統(tǒng)會(huì)通過安全域的通道(灰色通道),然后再燒寫代碼,整個(gè)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(yàn)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(jí)權(quán)限的攻擊等,面對(duì)這些攻擊,STM32WB 如何應(yīng)對(duì)?剛才已經(jīng)提到 CKS,即在 M0+內(nèi)核域的用戶密鑰存儲(chǔ),同時(shí)它延續(xù)了以前 STM32 加密的硬件引擎,比如說真隨機(jī)數(shù)以及加密加速器、讀保護(hù)、存儲(chǔ)單元、96 位 ID 等。


非入侵式攻擊會(huì)在周邊環(huán)境做篡改,從而得到一些信號(hào)或者注入一些錯(cuò)誤信號(hào),得到想要的信息。Hakim Jaafar 補(bǔ)充,“面對(duì)這種情況,STM32WB 的內(nèi)部集成了很多傳感器或者檢測(cè)器,這種檢測(cè)器會(huì)定時(shí)發(fā)現(xiàn)不正常的信號(hào),然后做一些報(bào)警、奇偶校驗(yàn)或者 JTAG 讀出保護(hù),又或者在某些條件下允許閃存啟動(dòng),讓這些不正常的信號(hào)通道盡可能關(guān)閉或者做出警示?!?/p>


與非網(wǎng)原創(chuàng)內(nèi)容,未經(jīng)允許,不得轉(zhuǎn)載!


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意法半導(dǎo)體

意法半導(dǎo)體

意法半導(dǎo)體(ST)集團(tuán)于1987年6月成立,是由意大利的SGS微電子公司和法國Thomson半導(dǎo)體公司合并而成。1998年5月,SGS-THOMSON Microelectronics將公司名稱改為意法半導(dǎo)體有限公司。意法半導(dǎo)體是世界最大的半導(dǎo)體公司之一,公司銷售收入在半導(dǎo)體工業(yè)五大高速增長市場(chǎng)之間分布均衡(五大市場(chǎng)占2007年銷售收入的百分比):通信(35%),消費(fèi)(17%),計(jì)算機(jī)(16%),汽車(16%),工業(yè)(16%)。 據(jù)最新的工業(yè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),意法半導(dǎo)體是全球第五大半導(dǎo)體廠商,在很多市場(chǎng)居世界領(lǐng)先水平。例如,意法半導(dǎo)體是世界第一大專用模擬芯片和電源轉(zhuǎn)換芯片制造商,世界第一大工業(yè)半導(dǎo)體和機(jī)頂盒芯片供應(yīng)商,而且在分立器件、手機(jī)相機(jī)模塊和車用集成電路領(lǐng)域居世界前列.

意法半導(dǎo)體(ST)集團(tuán)于1987年6月成立,是由意大利的SGS微電子公司和法國Thomson半導(dǎo)體公司合并而成。1998年5月,SGS-THOMSON Microelectronics將公司名稱改為意法半導(dǎo)體有限公司。意法半導(dǎo)體是世界最大的半導(dǎo)體公司之一,公司銷售收入在半導(dǎo)體工業(yè)五大高速增長市場(chǎng)之間分布均衡(五大市場(chǎng)占2007年銷售收入的百分比):通信(35%),消費(fèi)(17%),計(jì)算機(jī)(16%),汽車(16%),工業(yè)(16%)。 據(jù)最新的工業(yè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),意法半導(dǎo)體是全球第五大半導(dǎo)體廠商,在很多市場(chǎng)居世界領(lǐng)先水平。例如,意法半導(dǎo)體是世界第一大專用模擬芯片和電源轉(zhuǎn)換芯片制造商,世界第一大工業(yè)半導(dǎo)體和機(jī)頂盒芯片供應(yīng)商,而且在分立器件、手機(jī)相機(jī)模塊和車用集成電路領(lǐng)域居世界前列.收起

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