????????2021年3月，意法半導體（ST）宣布推出STM32U5，9月STM32U5首批型號正式量產，這也意味著ST誕生了首款同時達到PSA 3級和SESIP 3安全認證的超低功耗微控制器。

ST中國區微控制器事業部市場及應用總監曹錦東表示，STM32低功耗系列產品從STM32L5到STM32U5，雖然內核一樣，都采用了Arm v8架構的Cortex-M33，但是其工藝、電路設計等方面都做了巨大革新，并且采用了全新40nm技術平臺，這也是未來ST低功耗MCU技術的重要支撐平臺。

歷史上，超低功耗產品線一直以來都是STM32的戰略性產品線。自2007年ST發布第一款基于Cortex-M內核的通用單片機之后，2009年，ST就將Cortex-M系列單片機擴展到了超低功耗領域。

ST部門副總裁、微控制器事業部總經理Ricardo de Sa Earp則在聲明中指出：“在過去的五年中，ST微控制器全球份額幾乎翻了一倍，STM32超低功耗微控制器出貨量迄今超過20億。ST憑借豐富的低功耗技術儲備和對低功耗市場的專注，讓我們在超低功耗微控制器類別具有很強的優勢，并占有約25%的市場份額。”

ST中國區微控制器產品市場經理彭祖年介紹道：“STM32U5可應用于工業智能流量計、健康及健身類穿戴產品、醫療監護設備、POS支付終端等對于功耗和安全性同時有高要求的場景。”

曹錦東透露，從歐洲總部拿到的STM32U5產品介紹PPT就有接近60頁，具有大量獨到的創新性。而從ST官方給出的遷移指南，STM32L4（+）到STM32L5為54頁，STM32L5至STM32U5則為98頁，足足多了一倍，也證明STM32U5具有的跨時代性的變革。而據STM32設計總監Patrick Aidoune介紹，該產品總計涉及到的設計者超過了300名。

那么此次推出的STM32U5，作為U系列平臺的首款產品，究竟實現了哪些新特性？就讓曹錦東與彭祖年帶工程師們逐一解讀。

低功耗與高性能的統一

首先直接給出EEMBC ULPMark的評分，涵蓋了不同模式下的功耗分析，STM32也是目前唯一公布全部4項分數的品牌，也證明了其對于全場景低功耗的信心。彭祖年表示，客戶有不同的應用場景，有些是高負載工作，有些則是長待機應用，因此單純的對比μA/MHz并不能適用于每個客戶。通過提供不同工作場景的打分，客戶可以更好地進行參考。

除了采用更先進40nm工藝并同時改善了漏電流和動態電流之外，STM32U5改善了功耗管理模式，增加了低功耗后臺自主模式（LPBAM，Low Power Background Autonomous Mode），和一些可以在低功耗下運行的外設和功能。

STM32U5中有16kB SRAM作為低功耗后臺的自主模式的存儲空間，可以在CPU休眠的情況下，將I2C、SPI、串口、ADC等外設數據通過LPDMA傳送至其中，然后當數據累積到一定數量時再喚醒CPU進行一次性批處理。通過避免頻繁喚醒CPU，從而達到節省功耗的目的。根據ST測試經典數據采集及喚醒處理的模型，可以將CPU喚醒的次數變成原來的1/10。

其次，則是集成了高頻率的DC/DC以及LDO，通過集成高頻率DC/DC，可減少VDD至內核供電的轉換損耗，實現最優化的動態功耗和最快速的動態響應。而通過LDO，則可解決DC/DC啟動時間較慢的弊端。

第三，則是類似LPRAM，提供分區的FLASH和SRAM，用戶可以根據應用場景，將不常用的Flash關閉并按需開啟，又或者通過降低FLASH讀取速度降低功耗。

除了低功耗之外，高性能也是STM32U5的一大特色。高達160MHz的處理器，使得STM32U5系列已經達到了240DMIPS和651Coremark的性能評分，而同樣采用Cortex-M33內核的上一代STM32L5主頻為110MHz。

同時，為了進一步增強性能，STM32U5還集成了FMAC和Cordic數學運算加速器；用于優化內、外部存儲上指令與數據吞吐Cache的Art加速器（8 kB指令Cache，4kB數據Cache）以及用于資源受限情況下的2.5D圖形加速器Chrom-Art。

更多的功能安全和信息安全

“Cortex-M33是Arm v8架構專門為高數據安全應用所開發的，加入了TrustZone技術，就是為了滿足物聯網的高安全應用，但實際上我們看到目前MCU還沒有做到足夠的安全性。”曹錦東說道。

也正是如此，STM32U5在L5的基礎上，額外增加了更多的安全功能，以確保物聯網的安全性。

“單單內核的隔離或TrustZone的支持顯然是不夠的。”彭祖年表示。因此，除了內核隔離之外，STM32針對產品內部的存儲、總線以及外設都做了隔離配置的設計。

此外，STM32U5還增加了更多的安全加密的功能，以及全程可控的多層保護狀態機。存儲保護則特別針對內部存儲防篡改，增加了OTP空間，以及主動式防侵犯的active tampering的設計。

PSA Level3需要同時可以防止軟件和硬件兩方面的攻擊，因此STM32U5特別增加了防止邊界攻擊的AES模塊。

彭祖年表示，Arm針對PSA Level3認證的要求，需要芯片在安全的框架下還需要一個非可變的信任根，有了信任根，STM32U5上所支持的安全啟動才能基于這個安全的根基發揮功能。針對這樣的安全啟動特性，ST提供了相關的參考代碼，可以幫助用戶實現相關的安全啟動以及安全的固件加載和安全的固件更新。

如果需要用到TF-M （Trusted Firmware for Cortex-M）架構，除了針對TrustZone可以把內部的服務和軟件區分成可信區和非可信區之外，同時也可以在軟件權限上設置管理員權限和用戶權限。在管理權限下，可信區內也有PSA模塊化的本地安全服務可以提供，這里面包括了更多和加解密相關，安全存儲相關，可信區初始化以及證書初始化等功能模塊。這些對于通過PSA第三級認證以及實現一個TF-M可信的固件框架相當重要。

STM32U5同時提供安全固件加載功能。客戶把軟件設計好之后，授權第三方生產，無法保證軟件的安全。ST通過內部的SFI生產流程，可以幫助用戶在第三方的燒錄環境下，嚴格控制燒錄固件的安全和燒錄的數量控制。

因為增強了防篡改和軟件保護功能，STM32U585還適用于控制PIN交易安全（PTS）設備，這種設備必須滿足支付卡行業安全標準委員會（PCI SSC）的技術要求。作為一種安全通用MCU，STM32U585為開發者提供了一個簡化銷售和自助支付終端的設計生產的整體解決方案。

獲得“PTS官方批準設備”標志的產品通常需要專門用于防御在線攻擊和邊帶攻擊的安全芯片，還要單獨用一個MCU管理鍵盤、顯示器和USB連接等功能。現在，STM32U585單片整合了這所有功能，從而簡化了產品設計，并優化了從采購和庫存管理到最終組裝的生產物流。終端制造商還可以根據PCI PTS v6等適用標準更快、更輕松地測試認證產品。

更強大的存儲單元

作為MCU選型來講，處理速度是一方面，存儲則是另外一個重要的指標。

STM32U5除了利用分區實現低功耗之外，存儲空間還得到了進一步的擴大。

如圖所示，STM32U5的Flash規劃從128kB至4MB，將極大擴充用戶的選型。同時，Flash中最高包含0.5MB具有100，000次讀寫能力的Flash，為用戶數據保存提高可靠保證，其余部分則為傳統的10，000次。

而SRAM則為786kB，并且支持ECC，從而滿足關鍵安全應用。

同時，STM32U5還采用了一直以來的可變靜態存儲控制器FSMC，以及OctoSPI，從而支持更靈活的外部存儲擴充。

更精確的模擬外設

針對下一代感測和跟蹤應用，新系列產品還提供了先進的高速14位模數轉換器（ADC）。

多功能數字濾波器（MDF）和音頻數字濾波器（ADF）則取代了ST的Sigma-Delta調制數字濾波器（DFSDM）。極大提高了聲音檢測功能，通過提高聲音活動檢測性能，并結合LPDMA低功耗特性，這些功能讓用戶能夠輕松將語音喚醒功能集成到基于低成本、低功耗微控制器的應用場景。

更豐富的生態系統

一直以來，STM32就在致力于建設完善的生態系統，如今隨著STM32U5的正式發布，配套的評估板、IoT探索套件以及Nucleo最小系統都已配套發售。目前，根據存儲空間、硬件加密以及封裝形式不同，ST已經推出24個型號的STM32U5。

值得一提的是IoT探索套件，包括STM32U585主處理器，還增加了很多的傳感器以及音頻麥克風。針對無線功能，則有基于STM32WB藍牙和ZigBee模組，以及由慶科信息開發的WiFi無線模組，實現更輕松的物聯網無線連接。

而針對開發套件，除了STM32Cube軟件套裝之外，ST也與微軟于2020年宣布針對Azure的合作，STM32Cube生態系統直接使用Azure RTOS套件，支持更多的應用代碼示例，以及更多的中間件，包括操作系統、文件系統、TCP/IP協議、USB協議等。以往都需要通過不同第三方獲得的資源，如今一切都可以免費并一站式獲取。

在Github上，ST也共享了STM32Cube嵌入式軟件，工程師可以更快跟蹤相關信息。彭祖年同時透露，2021年四季度針對LPBAM，將推出相應的配置工具。

總結

STM32U5是ST針對低功耗領域一款跨時代的產品。曹錦東也表示，低功耗的MCU要經過仔細打磨。也正因此，為了確保完美發揮Cortex-M33 v8架構的所有優勢，ST采取穩妥的策略，一步步進行優化，先推出L5，作為U5和L4的橋梁，再通過進一步迭代，以確保交付完整且優化的產品線。

而U系列相比L系列無論從工藝還是微架構上都實現了重大升級，絕不是類似于L4至L4+的小改款。因此盡管ST沒有官方統一答復，但我更愿意相信U系列代表了Ultra，因為無論是功耗、安全還是性能，U系列都做到了低功耗MCU的極致。

編輯：jq