让工业应用破圈，STM32U5 的招招先

sunsili

让工业应用破圈，STM32U5 的招招先

▲ 文末有彩蛋

工业控制、健身装备、计量仪表、便携医疗、移动支付……随着5G、物联网、AI的全面落地，新的应用不断破圈，对MCU产品的要求也越来越高：更高性能、更高集成度，更高安全性，以及更低功耗。

在工业控制应用中，一个控制器所支持的功能正在逐渐增强，处理器的性能需求在同比提升的同时，也要求处理器具有更高的集成度，而随着联网需求的增多，对安全性能的要求也在进一步增加。STM32U5系列在满足这些需求的同时，也给了工程师实现更多创新的空间。

STM32U5的高性能不但体现在高主频、新内核，还体现在cache的增强和硬件数学运算加速器等的集成。这样的性能能够很好支持控制算法的实施，还能满足一些AI算法的本地实施，例如电机震动故障监测、物品形状颜色识别等。STM32U5具有很好的外设集成度。14位、12位的ADC配置，DAC，运放，比较器等丰富的模拟外设，配合2个高级电机控制定时器和多个通用定时器很好的满足工业控制中对电机控制部分的需求。在工业总线接口方面，内置了FD-CAN外设，也可以很方便进行外扩，例如通过FSMC外扩FPGA而实现更复杂的总线等。丰富的串行通信外设接口也方便进行传感器采集、工业组态显示屏等的扩展。内置2MB 双Bank Flash，768KB RAM这样丰富的资源，对应用开发非常友善，也方便了升级功能的考量。100K次可擦写的512KB Data Flash及方便外扩存储的O-SPI接口等也为现场数据的实时存储记录提供了实现方案。STM32U5的强安全性基因则为工业控制产品联网提供了更好的保障。Cortex-M33内核的TrustZone机制及丰富的AES、PKA、OTFDEC等加密算法硬件加速器为工业控制器产品固件烧录、安全升级、联网通信等提供全方位安全方案支持。STM32丰富的生态系统也为工业应用提供更便利的支持，例如STM32 MC SDK，STM32 Cube.AI等。针对工业应用，STM32U5生态也提供了针对IEC60730的ClassB及IE61508的SIL认证功能安全设计包。在医疗健康应用中，对MCU的要求与工业控制系统也有相似之处，同样需求MCU高性能，高集成度，具有更好的安全性，而对MCU的低功耗特性也提出了更高的要求。

得益于STM32U5对模拟外设的高度集成，医疗健康设备设计中能方便的采集各类传感器数据，本地存储或联网上传这些数据。低功耗后台自主模式LPBAM更是能在不唤醒MCU内核的情况下对传感器数据进行采集和搬运，与传统模式相比能使MCU内核的唤醒次数减少数倍，而很大程度节省功耗。 得益于STM32U5的高性能，医疗健康设备设计中可以处理大量的传感器数据而将病理诊断算法本地化实现，也可融入AI的一些算法处理。STM32U5也内置有图像显示硬件加速器，结合图形化生态TouchGFX则可以得到流畅绚丽的显示效果。工业计量仪表应用中对MCU的需求与健康医疗设备类似，STM32U5也极为合适。

STM32U5 让工业应用破圈STM32U5是STM32高性能低功耗系列的旗舰产品，它可以延续STM32F2/F4/F7的应用范围，同时又有更低的能耗，而且具有更高的性价比。在工业控制系统中，U5可以承担主控器、系统监控以及图形显示等核心职能。STM32U5是基于40nm低功耗工艺的STM32产品系列，采用高效的Arm Cortex-M33内核和配套更先进的数字外设以及丰富的模拟外设，同时在提升性能时保持低功耗。STM32U5还增加了适合新应用的前沿技术，例如基于硬件防护的高级安全特性，能满足PSA和SESIP(物联网平台安全评估标准)3级等级要求，助力进一步提升设备安全性；同时还搭载了硬件图形加速器，可以实现丰富美观流畅的图形界面，更好的提升用户体验。高性能，低功耗，丰富的数字外设和更高性能模拟接口，强大的安全特性，以及支持GUI 加速，让STM32U5在工业控制、工业表计和医疗健康，个人穿戴设备等应用领域取得良好的表现，为泛工业系统创新赋能。

• 更高的能效比
  
  

高性能是U5的第一个关键词。STM32U5内搭Cortex-M33 内核，相对Cortex-M4性能提高20%以上；主频160MHz，使STM32U5系列能达到240DMIPS和651Coremark的性能评分，而同样采用Cortex-M33内核的上一代产品STM32L5主频为110MHz。为了进一步增强性能，STM32U5还集成了数学运算加速器（三角函数以及数字滤波加速器CORDIC和FMAC），实现数字信号处理功能加速同时减轻CPU负载，在电机驱动应用实例中，可以将控制环路速度提高12%。

U5还集成了用于优化内、外部存储上指令与数据吞吐速度的Cache（8 kB指令Cache，4kB数据Cache）和Art加速器以及用于图形处理加速的Chrom-Art，以实现更流畅更高颜值的图形显示界面。作为MCU来讲，内部存储是另外一个重要性能指标。STM32U5在存储空间也得到了进一步扩大。STM32U5的Flash目前支持1MB至2MB。同时，Flash中包含512KB具有100K次擦写保证，为用户数据反复保存提高可靠性。而SRAM配备768KB，并且支持ECC，从而满足关键安全应用。同时，STM32U5还配备了存储控制器接口FSMC，以及OctoSPI，从而支持更灵活的外部存储扩充。

• 多方位技术创新实现超低功耗
  
  

超低功耗是STM32U5的第二个关键词。U5通过多方位技术创新实现出色的低功耗特性：

• 引入LPBAM低功耗自主工作模式，可以让直接存储访问(DMA)控制器和外围设备在大多数设备休眠时保持正常工作，极大降低系统功耗
• 采用40nm制造技术，可节省动态工作模式和节能模式的功耗
• 传承了上一代MCU STM32L系列的超低功耗成功产品特性
• 创新LPBAM低功耗自主工作模式，极大降低系统平均功耗
• 更灵活的功耗模式，延长电池使用时间，增强用户体验
• 提供多种低功耗模式选择，并支持快速唤醒，其低功耗性能在第三方平台EEMBC获得多项优秀跑分
• 丰富的接口和外设
  
  

丰富的接口和外设是STM32U5的第三个关键词。U5具有更高的集成度，集成各类数字模拟外设、先进的硬件加速器、更大的存储单元。STM32U5还提供了先进的高速14位模数转换器(ADC)。
多功能数字滤波器(MDF)和音频数字滤波器(ADF)取代了ST的Sigma-Delta调制数字滤波器(DFSDM)。现在，通过提高声音活动检测性能，这些功能让用户能够将AI集成到基于低成本、低功耗微控制器的应用场景。此外，通过在产品SRAM存储器内嵌入纠错码(ECC)存储器，STM32U5 MCU还可以满足功能安全关键应用的要求

• 强大的信息安全特性
  
  

无论工业控制、个人医疗健康设备，还是工业表计应用，都会有各种类型的数据交换，因此对安全性要求更高。STM32U5系列引入了创新安全技术，以实现强大的信息安全特性：

• 加密引擎（AES）和公钥算法加速器（PKA）硬件单元具有抵御差分功率分析（DPA）和测信道攻击的能力
• 使用硬件唯一密钥（HUK）保护数据存储安全
• 主动防篡改检测
• 内部监控技术可以在发生干扰攻击时删除机密数据，有助于满足PCI安全标准委员会(PCI SSC)对销售终端设备(POS)的安全要求
  
  

此外，U5还集成了更多安全功能以保护客户的设计，数据支持硬件隔离，加解密，安全认证，保证产品长生命周期，存储保护，主动防攻击系统，信任根等，全方位守护用户的系统以及数据安全。STM32U5的高能效比已经被用户和市场充分验证，目前已经在各类泛工业应用获得用户的肯定，被应用到工业智能流量计、健康及健身类穿戴产品、医疗监护设备、POS支付终端等对于高性能、低功耗和安全性有高要求的场景中。