低功耗与高安全性共存，物联网转型下MCU必备的需求

低功耗一直是物联网应用中避无可避的话题，要想解决功耗问题，就必须先从芯片上入手。意法半导体的STM32系列已经有了13年历史，产品线一直在不断扩充，低功耗产品家族从STM32L0系列发展到了如今的STM32L5系列，内核也从Cortex-M0+迭代至最新的Cortex-M33。

但与此同时，在全面普及低功耗后，安全性开始成为嵌入式与物联网应用中困扰开发人员的难题之一。在电脑系统中面临攻击时有防火墙与杀毒软件，手机系统上也有安全软件与加密芯片的保护，而物联网产品未来成熟落地后，也会经历这样的威胁，这也是意法半导体推出STM32L5系列想要解决的问题。

本次慕尼黑华南电子展上，电子发烧友网采访了意法半导体微控制器事业部华南区市场经理彭祖年，由他来解答STM32低功耗处理器安全解决方案背后的玄机。

意法半导体微控制器事业部华南区市场经理 彭祖年 / 电子发烧友网摄

01更高的芯片效率

STM32L5系列采用了全新的Arm Cortex-M33内核，与此前系列使用的Cortex-M4相比， 110MHz下Cortex-M33相对性能提高20%，再配合8KB ICache，性能得以进一步提高，DMIPS得分165，CoreMark得分为442，ULPMark-CP得分370。关断模式下功耗为30nA，停止模式下功耗仅有3.6μA，但仍可以完整保持SRAM数据和低功耗外设的工作状态。此外，STM32L5可配置内置式的SMPS降压转换器，提升电源转换效率，进一步降低功耗，能效提升高达40%。

STM32L562框图 / 意法半导体

该MCU系列还内置了高达512 KB的Flash（双bank存储区）和256 KB的SRAM，并借助支持外部存储器的新型ST ART加速器（ICache）显著提升了性能。

02全套安全功能

STM32L5系列是首批获得Arm PSA二级安全认证的MCU，除了借由Cortex-M33的ARMv8-M架构带来的TrustZone安全技术外，意法半导体还在芯片中利用自主IP加入了增强型的安全服务。比如通过GTZC（全局TrustZone控制器）来管理芯片中不同外设及时钟的安全区域和非安全区域访问的隔离机制，完整灵活支持TrustZone的DMA控制器和GPIO，Flash Controller提供的可以隐藏的安全存储区，还有OTFDEC（on-the-fly decryption）能够对片外SPI Flash内的代码和数据进行实时解密，但并不增加访问延时。

在问及市面上采用Cortex-M33内核的芯片并不多的原因时，彭祖年指出该内核仍是相对比较新的内核，除了充分利用其运算性能之外，将TrustZone的技术使用到位也需要供应商提供比较系统性的安全解决方案，使开发者在设计时更加得心应手，这也是意法半导体打造STM32L5系列时关注的重点。

03低功耗下的AI

AI应用由于所需算力较强，所以过去常常部署在云端，彭祖年提到现在的趋势是AI算法的下沉，逐渐下沉到节点端，尤其是在一些边缘计算上的应用，所以MCU这类算力级别的产品也可以跑一些轻量级的AI应用。而且近期许多知名AI模型都推出了对应单片机的版本，意法半导体也为用户提供了Cube.AI的工具，将Tensorflow等大家熟知的神经网络模型转换成STM32芯片上可以运行的代码。

开启SMPS后的功耗变化 / 电子发烧友网摄

意法半导体在本届慕尼黑华南电子展的展台上就展示了AI应用， 以STM32L5的探索套件STM32L5-DK搭建了一个AI+低功耗+安全的demo演示。通过在TFT触摸屏上书写指令字母，STM32L5-DK上运行的AI demo将自动识别手写字母，并通过电脑端的STM32CubeMonitor Power工具实时观察功耗和性能差异。通过开启SMPS后，我们可以看到功耗显著下降。

禁用ICACHE，观察运行时间和功耗的变化 / 电子发烧友网摄

STM32L5中的ICACHE（指令缓存）可以有效提高应用在获取指令和数据时的性能，在禁用ICACHE后，手写字母的识别速度变慢，从60ms左右增至900ms左右。

Standby模式下的功耗变化 / 电子发烧友网摄

在输入待机模式指令之后，可以看到上图中的功耗水平急剧下降，直到几秒后再度唤醒。值得一提的是，AI应用是经过加密后存储在片外Flash上的，在提高安全性的同时，利用OTFDEC进行解密，而不会降低运行效率。

04齐备的开发工具

除了我们在上面看到的进行功耗实时测量的STM32CubeMonitor Power工具外，意法半导体还提供了全套软件工具。包括用于系统配置、生成初始化代码的STM32CubeMX，用于项目编辑、编译、下载、调试的STM32CubeIDE，还有对存储器和选项字节进行编程的STM32CubeProgrammer。

STM32 CubeMX全产品线支持 / 意法半导体

彭祖年还提到，随着STM32产品线的不断扩张，相关的开发工具也在进行同步迭代，在IDE中加入了第三方的编译工具，扩充了用户开发的工具链。另外，为了帮助客户快速开发和使用安全服务，STM32的生态中还包含了配合新的V8-M TrustZone技术的安全解决方案，比如ARM的TFM，意法半导体就将代码移植到了STM32L5的固件包里。

STM32L5系列也是意法半导体第一款搭载Cortex-M33内核的芯片系列，未来还会推出更多基于该内核和ST一流低功耗技术的MCU。因此面对物联网转型的大潮，意法半导体不仅在数据安全技术上走在前列，也在持续为低功耗的物联网产品奉献自己的一份力量。

来自：ams艾迈斯半导体