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MCU三大发展方向,你知道多少?

时间:2018-05-23 作者:Franklin Zhao 阅读:
物联网(如智能硬件/可穿戴设备、智能家居、智慧城市、智能工业)和智能驾驶(包括自主驾驶)是近来业界广为关注两大热门领域。从这些新兴应用来看,MCU未来有三个发展方向,即更高的性能、无线通信以及网络安全。

物联网(如智能硬件/可穿戴设备、智能家居、智慧城市、智能工业)和智能驾驶(包括自主驾驶)是近来业界广为关注两大热门领域。从这些新兴应用来看,MCU未来有三个发展方向,即更高的性能、无线通信以及网络安全。日前,意法半导体一年一度的“STM32中国峰会”在深圳举办。因应上述发展方向以及时下热门的人工智能技术,该公司透露了其正在研发的带无线/蓝牙的新系列STM32WB MCU的技术细节,以及将人工智能引入到MCU,阿里云与之就AliOS Things在MCU上的移植等工作进展。下面我们来具体看看这些新的MCU技术创新。

意法半导体STM32产品规划与(中国)市场策略

意法半导体微控制器事业部市场总监_Daniel Colonna表示,ST“合作和团队协作引领未来创新”主要围绕四点:服务广泛客户;致力于IoT应用开发;发展生态系统;共赢合作伙伴。到2020年,ST在中国的MCU市场份额将超过20%。

在本次大会上,他提前透露了ST即将推出的新产品系列。2018年是STM32问世11年,从2007-2018年,ST总共有11个系列量产(如下图)。今年ST将推出五大新产品,还有在生态系统中的5个新产品例子。STM32家族的第12个系列已在开发中,这个系列叫STM32WB(W代表无线,B代表蓝牙)。这是非常重要的产品系列,它融合了STM32的生态系统和架构,以及开放射频。

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ST的无线产品

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此前ST的无线产品有射频收发器SPIRIT以及集成了一个CPU和射频收发器的BlueNRG等。现在IoT中的协议、网络规格等越来越复杂,所以就要有更多的产品组合,有更多的射频产品,于是就有了STM32WB。它有2个CPU、2个调制解调器和射频收发器,能够覆盖更多的应用。

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STM32无线产品——STM32WB

和之前一样,其目的是为了使开发者的工作能够变得更简单。“我们采用了双核(CM0+内核负责协议栈),我们为应用保留了Arm® Cortex®-M4部分,其复制了L4的架构,如果用户会用L4产品就会使用STM32WB产品,这款产品仍然可以用STM32的生态系统。”Daniel Colonna介绍说。该产品预计在今年年底大规模上市,现在样片已经出来。

一款全新的STM32L4产品即将上市——片上闪存容量下探至64KB

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今年ST还将推出最小的STM32L4,可以实现成本的节约。它有两个12位ADC,对于传感、测量类应用,比如智能插座/插头,可以保护家电,还可以节约功耗。它还按照业界标准的EEMBC基准进行了测试。

此外,ST去年还推出了STM32 H7,是基于Arm® Cortex®-M7 @ 400 MHz内核。ST正在提升它的性能,新产品将会基于双核(Arm® Cortex®-M7 @ 480 MHz + Arm® Cortex®-M4 @ 240 MHz),可以用于更为复杂的应用。

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此外,STM32将会加入LINUX——现在越来越多的嵌入式应用和公司不仅仅采用RTOS。这个新产品今年也会出一些样片,它是双核的,基于Arm® Cortex®-A7。ST深信RTOS和嵌入式应用之间有紧密的联系,所以想把它们一起放到STM32上。

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另外,在安全性方面,ST会推出基于Arm® Cortex-M33® 、支持Trust Zone的STM32产品。通过采用STM32架构,可以实现更高的安全性,且不仅是在微控制器里的安全性,而且还可以提供更多的安全性方面的服务。这个产品今年也会推出样片。

STM32生态系统的更新

关于生态系统方面的进展,安全性仍是ST重点关注的。在STM32上实现可扩展的嵌入式安全功能,比如STM32Trust.CodeProtect,保证用户代码安全且完整地写入可信的STM32产品,包括安全安装、安全编程;STM32Trust.DataProtect,保护有价值的数据不被窃取,包括数据保护、关键存储保护;STM32Trust.ExecutionProtect,将应用程序分为可信和不可信两部分,包括代码执行隔离。

另外一个例子是关于智能家居,支持HomeKit的智能家居产品越来越多,HomeKit是一个家庭自动化设备通用协议。而意法半导体则为很多中国企业提供HomeKit 附件。“我们有获得认证的STM32软件开发工具——Apple Homekit BLE。HomeKit STM32Cube Expansion Package 即将获得认证,凡是持有有效 MFI许可证的用户均可使用。这套工具(Apple Homekit BLE)将于2018年中期率先支持STM32L476(512kB+闪存)和STM32F413平台,之后支持STM32WB系列。”Daniel Colonna表示。

另外,ST新近收购了软件开发工具专家Atollic公司——Atollic开发出了业内知名的获得高度好评的TrueSTUDIO®集成开发环境(IDE),专注Arm® Cortex®-M微控制器的嵌入式开发社区,例如,意法半导体的市场领先的STM32系列微控制器(MCU)。这个公司是ST微控制器事业部的合作伙伴,推出的STM32开发工具将会成为ST开发工具的一部分,因此未来也能够帮助工程师更好地进行开发,使STM32能够给予大家非常有利的支持。

很快STM32 Cube固件将整合在GitHub Repository里

同样还要看一下GitHub Repository里面的固件。GitHub Repository是一个发布软件的非常重要的途径,“所以我们就希望通过不断获得开发商的反馈,不断地改进我们的GitHub Repository,所以在未来也希望得到社区更多的支持。”Daniel Colonna说。

基于STM32的人工智能

最后也是非常重要的,人工智能(AI)。“AI是新的发展方向,很多公司都在这方面进行投入,而我们是想要确保尽可能有一些简单的工具,实现STM32上的人工智能(如下图)。”Daniel Colonna表示,“简而言之,我们会从现有的开发工具开始,提供高层的语言。神经网络输出器STM32Cube.AI有独立的DL框架,而且在具体的库中,有STM32 NN层软件库。另外,STM32的专家生成的代码库可生成一些固件,也可以在这上面进行编程。我们可能在全球范围内第一个能够提供这样复杂的工具。我们的想法就是尽可能抓住更多的人工智能,把它放在STM32上。应用比如图像分类、语音等等,这仅仅是我们的开始。我们在AI方面有很大的雄心,在未来我们会做更多的工作。迈向人工智能是非常重要的一步。”

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最后我总结一下,我们的战略仍然是不变的,我们要给大家提供更广泛的产品家族,不低于10年供货的承诺,我们的产品型号很快将达到1000个。第二点是STM32及其生态创新,也是我们今天的主题,我们在物联网应用方面进行了很大的投入,物联网、无线网络、超低功耗、数据安全、人工智能等等。还有非常重要的一点,我们想给大家提供简单的工具,让开发者不再头疼,尽情释放创造力。

STM32生态系统助推中国物联网成长——用例分析

意法半导体中国微控制器事业部技术市场经理Stephane Rainsard分享了一些有关STM32生态系统和互联网话题的案例。他表示,IoT需要以下几个主要部分:安全、网络连接、云服务、用户界面和传感器。

第一个案例是监控系统,监控系统需要安全、网络连接和云服务。

第二个案例是人机交互系统,也需要安全、网络连接、云服务,还有用户界面。

第三个IoT的应用案例就是可穿戴,其上会用到很多的传感器。

从用户界面的案例来看,可穿戴用的是正方形、长方形或圆形的小的屏幕。这些小的屏幕需要提供高分辨率,能够让应用类似手机那样给用户带来好的体验,还要看PC机的大小等等各种各样应用的需求。对于工业应用HMI人机交互系统,则会用到中、大、小型屏幕,需要工业级的控制器。这些应用的微控制器一般不只是处理用户界面,也会处理其他的部分,比如网络协议栈电气控制等等。这些应用都需要性价比高的芯片,同时又要能够处理小到大的屏幕,又要能满足各种各样的用户界面需求。这不是一个产品、一个方案能够满足的,而是需要一个生态系统。

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这个生态系统首先从硬件开始,ST现在带图形加速器的芯片有七个产品系列,去年发布STM32S4+有带图形加速的功能,还有降低功耗的功能。第二是软件,从STM32S429这一带图像处理的产品开始,ST发布了STemWIN的入门级用户界面解决方案,还有针对大众市场的工具。今年STM32CubeMX带来了一些新的功能,让用户更容易找到应用需要的产品和需要的架构。

最后是安全,这在IoT中非常重要。不一样的应用、不一样的系统存在一些同样的威胁,例如恶意软件、分布式拒绝服务(DDoS)、恶意假冒设备等等。这些威胁可以用同样的解决方案来防止。怎么能够防止这些威胁?我们可以从固件验证开始,验证其完整性和真实性。“不只是生产的时候,产品也需要在线上更新。更新的时候,也需要验证它的完整性或者准确性、真实性。对此,ST也有新的解决方案。安全也不是一个产品、一个方案,也是一个生态系统,从硬件开始,新的IP、新的芯片。用户在STM32的软件库X-Cube-CryptoLib里可以下载加减算法的库。这个库支持所有的STM32,支持带硬件加密模块的STM32,也有软件的算法能够支持不带加解密硬件的STM32。还有ST的新方案里有安全固件安装、安全启动和安全固件升级。培训和合作伙伴能够完成安全性的生态系统。”Stephane Rainsard表示。

ST合作伙伴演讲:阿里云IoT生态合作

阿里云IoT事业部生态合作总监巍骛也受邀参加了STM32峰会演讲。他透露了阿里云跟ST就AliOS Things(阿里云针对物联网的一款开源RTOS操作系统)跟MCU进行移植的合作进度。

他表示,两家公司的合作取得了重大进展:

2017年11月,AliOS Things已经成功移植到L476芯片上;

2017年12月,AliOS Things包括IAR/KEIL移植已经全部完成;

2018年3月,基于STM32的Link kit移植成功;

2018年5月,基于STM32 X-Cube的AliCloud开发套件会正式发布;

特别是在今年的Q3,AliOS Things将会引入embedded in CubeMX Plugin。“如果这个事情做完的话,所有基于STM32的MCU,当你们从网上把CubeMX 下载完之后,就会默认支持AliOS Things。这样对所有开发者、中小厂商,在其想要基于AliOS Things开发应用时,所花的工作量会非常少,因为它已经把连云的套件、连云的工作全部完成。所有的测试都已经经过了阿里和ST的合作,所有工作都已经完成。对于开发、量产都会非常地方便。我相信Q3的这件事情将会是ST和阿里非常重量级的合作。”巍骛说。

媒体问答环节:诠释最新的MCU人工智能、STM32WB……

会后,ST方面也举办了媒体见面会。下面是从中挑选出来的几个有关MCU人工智能、STM32WB、STM32CubeMX.AI等的媒体问答。

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问:关于人工智能的处理。我看到有专门的工具包来支持人工智能的处理,现在MCU的算力可以支持人工智能的运算吗?未来ST会不会推出计算强化的版本出来,比如加强运算的版本?

答:人工智能对ST来说非常重要,不仅仅是针对微处理器产品。我们希望能够为工程师提供可以快速应用的工具,能够进行直接简单地应用。比如您按一个键,相关的数据运算就可以在STM32上实现。这一点非常重要,我们在人工智能领域也有相关的非常好的例子。

另外,现在有很多的公司都有年轻的新一代工程师,他们正在基于人工智能方法论进行开发,所以我们就想为其提供快速的工具,能够让他们快速下载和实施基于STM32的AI模块和网络,所以我们要在这方面做得更好,不断提升STM32的性能。

问:我注意到ST之前一直是做单核的通用MCU,现在推出了双核射频集成的STM32WB,你们之前可以做这样的事情,但是一直没有做,包括很多友商也有类似的双核的射频技术方案,为什么ST选择现在做这个事情?

答:因为我们想要推出最好的射频、蓝牙及低功耗的产品。

补充一下,我们知道蓝牙非常重要。之所以等到现在,是因为我们在等蓝牙5.0(mesh 5.0)的发布。5.0的技术和主网的协议今年才有,我们在等最新的IP。

问:STM32WB主要针对什么市场?

蓝牙连接不仅用于蓝牙传输,还要满足一些应用需求。比如最近我们看到的智能手表,除了做蓝牙传输外,还有语音、图像显示,还有传感器的数据处理,这些复杂应用越来越需要把蓝牙做成外射。

问:这个市场主要在美国吗?

答:Thread在美国用得更广。我们的射频可以支持WB、蓝牙,Zigbee,还有Thread。所以我们希望在中国,我们的RF可以支持更多的协议,或者MCU可以支持更多的RF。

在照明和智能家居应用中,WB和Zigbee应用广泛。而Thread则是智能家居的下一轮浪潮。

不同的国家有不同的标准,ST作为全球性的公司,我们要确保我们能够满足所有标准下的相关需求,当然也要满足中国市场的需求,这是我们策略的一部分。

问:我想问一下STM32CubeMX.AI是什么样的产品,是主要针对边缘端的人工智能的应用吗?

答: STM32CubeMX.AI其实是一个软件工具,这个工具是把现有成熟的、工程师已经建立好的算法,转化成在MCU上运行的AI的算法。因为传统的AI的算法比较大,需要更大的GPU、CPU来处理,但是我们需要一个工具转化。其目标应用是相对比较简单的应用,如语音、图像、人脸识别,以及其他需要MCU进行处理的应用。这是一个转换工具,已经训练好的神经元算法,通过工具转换成MCU可以运行的。

问:提到ST在物联网上的战略方向和产品组合,未来几年ST会重点关注哪些具体的应用领域呢?

答:物联网关键模块是非常宽泛的,物联网包括了很多东西,比如说智能硬件,如可穿戴的产品。可穿戴产品现在可以测心率、体温等等,在可穿戴应用方面,它有无限的应用可能,以后说不定会把GPS也整合到可穿戴产品的应用里。第二是智能家居和智慧城市,在这方面中国有很多公司已经走在了世界的前列,特别是家用电器应用全球领先,我们看到有很多智能厨房,智能照明,很多家庭工作都会变得越来越智能,这也是物联网继续发展的另外一个方向。

再有是物联网模块在工业、在机器人中的应用。在中国,如今机器人发展也起到非常重要的作用,未来机器人将会越来越智能。现在在台湾大概有70%左右的家庭在使用真空吸尘器,所以未来机器人是无处不在的。但是真空吸尘器机器人只是简单的机器人,以后的机器人会更复杂,可能会富有自己的情感。在未来机器人被广泛应用的领域,ST将会起到非常重要的引领作用。不仅是因为我们有自己的解决方案、产品系列,比如STM32、传感器等等,同时我们还有全球性的解决方案。机器人需要智能、电机控制、传感、连接性、安全性等等技术,而我们有感知,有功耗的控制,还有安全传感,连接性,还有相关数据处理等能力,这是全方位的。如果你给你的孩子或者朋友一个机器人,这个机器人因为耗电的问题,仅能工作两分钟,这就是个问题了。我们有宽泛的产品组合,提供全方位的统包方案,相信我们会引领行业的发展。

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