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根据MarketsandMarkets报告，超低功耗微控制器市场规模2019年为44亿美元，到2024年将增长到129亿美元，年复合增长率为24.1％。预计2019年至2024年，32位超低功耗微控制器细分市场将处于市场领先地位。这些微控制器的增长，可以归因于在功耗与高性能之间取得平衡，有助于满足低功耗应用系统的需求。
ST日前就推出了具有高性能和先进安全功能的STM32U5系列超低功耗微控制器，来满足可穿戴、个人医疗、家庭自动化和工业传感器等对低功耗有严格要求的智能应用设备。
ST中国区微控制器事业部市场及应用总监曹锦东表示，智能系统的极致需求，推动微控制器进一步向更省电、更独立自主、更高集成度、更安全的方向发展。过去五年中，ST微控制器全球份额几乎翻了一倍，STM32超低功耗微控制器出货量迄今超过20亿，在超低功耗微控制器领域占有约25%的市场份额。
全新超低功耗MCU，注重高能效和安全根基
ST中国区微控制器产品市场经理彭祖年介绍，超低功耗微控制器一直是STM32的战略性产品线。ST自2007年发布第一款基于Cortex-M内核的通用单片机之后，通过两年时间将Cortex-M系列单片机扩展到了超低功耗领域。从2009年开始，陆续迭代了一代又一代超低功耗产品平台，其中也包括了入门级的STM32L0，以及基于Cortex-M4系列的L4系列产品，STM32L4+则是一款在中国智能手表市场的明星产品。STM32U5有望续写这样的历史，客户利用这款产品能够开发出新的具有高能效、高性能、高安全的智能消费电子和工业产品等。
STM32U5五大创新特性包括
1、超低功耗。STM32U5内部的功耗管理模式升级，增加了低功耗后台自主模式，以及可在低功耗下运行的外设和功能，可以在CPU睡眠的状态工作，进一步提升电池的续航能力。
2、信息安全。增加了AES、PKA，抵抗边界攻击。
3、功能安全。为进一步降低芯片的故障失效率，Flash和SRAM支持ECC校验功能。
4、数据存储能力。有512KB Flash可以支持10万次擦写。
5、更精确的模拟外设。包括新型14位精度ADC、多功能数字信号滤波器，解决更多模拟前端采样的问题，因此在工业场景中可以作为工业信息采集的节点。
彭祖年着重介绍了低功耗后台自主模式。通常，当芯片进入低功耗模式时，CPU需要断电，但是，产品外面可能还会搭载很多传感器，这些传感器数据会实时输入到主控芯片一侧。通常情况下，传感器数据传输需要唤醒CPU来进行数据处理工作。但是，STM32U5设置了一个独特的外设，可以将很多通用接口包括I2C、SPI、串口、ADC等外设上的数据，在不唤醒CPU的情况下，搬运至单片机内部的SRAM4（大概有16KB空间），当这些数据累计到一定数量时，再唤醒Cortex-M33内核进行一次性批处理。通过避免频繁唤醒CPU，达到降低功耗的目的。
取得PSA 3级和SESIP3安全认证
安全方面，STM32U5设计了层层保护。首先，它基于Cortex-M33内核，支持TrustZone安全隔离架构，并且针对产品内部的存储、总线以及外设都做了隔离配置的设计，增加了更多安全加密的功能，以及全程可控的多层保护状态机。存储保护方面，针对内部存储防篡改，增加了OTP空间，还有更多的主动式防侵犯的active tamper设计等。在完整的安全设计下，Secure Boot安全启动也可以让用户的安全架构设计能够获得不可变的稳定的信任根。最终，产品通过PSA Level3认证，成为目前所有STM32系列中首款通过三级安全认证的产品。
值得一提的是，STM32U5还可提供安全固件加载功能。用户的软件设计好之后，可能不会将生产环节也放在自己的公司，而是授权第三方公司实现PCB的贴板、固件的烧录以及最终的组装等生产流程。这个流程下，由于授权的第三方是不在监控范围下的，所以无法保证自己的固件在远程生产烧录过程中的安全性。ST通过内部的SFI生产流程，可以帮助用户在第三方的烧录环境下，严格控制烧录固件的安全和烧录数量的控制。烧录过程中的许可密钥和烧录次数存放在HSM智能卡中，通过特定的离线烧录服务器，达到固件保护的效果。
此外，ST还开发了STM32U5 IoT Discovery Kit (B-U585I-IOT02A)物联网开发套件，集成MCU与Wi-Fi模块、Bluetooth模块和各种传感器。微软已经将这个工具套件指定为新的Azure认证设备计划参考板。
超低功耗系列MCU的设计方向
STM32U5是ST超低功耗系列的旗舰产品，覆盖128K到4M的Flash范围，未来还将有更大容量版本的STM32U5系列，以及更小更精简的低成本产品推出。目前已量产的memory size为512K-2M，下一步的量产计划中包括更低和更高容量的产品系列。
曹锦东介绍，STM32U5系列产品将会从memory、引脚以及不同的外设组合上给客户更丰富的选择。下一步很快面市的将是4M产品，主要面向可穿戴手表，因为在这类应用中，需要更多地存储程序以及数据。
回顾STM32系列从L1到L0、L4、L5，ST有超过十年的MCU低功耗设计经验，尽管如此，STM32U5的系统复杂性比以往更高，要在同样的主频，进一步降低功耗，是很大的挑战。
通过工艺的升级，从过去的110nm到90nm再到现在的40nm，工艺本身会带来动态功耗的降低，但对于静态功耗却是相反的，这是两个相悖的数据。因此，ST在外设方面也做了更精确的设计，达到整体系统功耗降低的目的。
对于超低功耗MCU的设计方向，曹锦东强调，需要更多关注性能和功耗。STM32U5从性能至少兼顾两个维度，一是图形软件引擎，二是硬件显示加速的效果，类似计算机中的GPU graphic引擎，STM32U5添加了专门的IP，支持2.5D加速器。ST的低功耗MCU产品线，会根据用户需求，以特定IP的方式、硬件的形式集成在MCU中。从功耗的角度，会提供多重功耗模式供客户做选择。
彭祖年补充，功耗的选择没有标准公式可以套用，因为综合评估系统功耗，是一个系统问题，需要根据不同的应用场景来判别。有的产品应用90%以上的时间在休眠，有的产品CPU一直在运行，前者更应该关注静态功耗，后者则要更多关注CPU的功耗，ST提供了不同的模型，供客户来评估适合自己的功耗选择。
高性能、超低功耗产品将成为MCU一个重要的新方向，在可穿戴、物联网以及多种便携式设备中越来越多地被采用。
