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現(xiàn)在，幾乎所有人都會談論可穿戴設備。同時我們也發(fā)現(xiàn)并承認，真正成熟的仍是功能相對基礎、結構相對簡單的產品，例如現(xiàn)在比較熱門的智能手環(huán)。而對于需要滿足通訊、存儲以及高性能計算的可穿戴智能設備，它的創(chuàng)新過程則面臨著功耗、性能以及交互顯示等諸多設計難題。
日前，ST推出了最新超低功耗、基于ARM Cortex M0+內核的STM32L0系列微控制器，面向工業(yè)、保健、消費和射頻這四大目標領域。
探尋可穿戴設備的突圍之道
熟悉ST微控制器產品的用戶應該會知道，ST目前已經發(fā)布了兩條低功耗的微控制器產品線，分別是STM8L系列和基于Cortex M3內核的STM32L系列。而最新發(fā)布的基于Cortex M0+的低功耗系列，在性能和市場定位上有何特殊之處？
意法半導體STM32超低功耗系列微控制器市場經理Hakim Jaafar表示,STM32L0采用110納米的工藝制程。好處在于這項工藝非常穩(wěn)定，并且是ST專有的超低功耗的工藝，為STM32L0搭建了一個可靠的技術實現(xiàn)平臺，將STM32超低功耗的基因傳承下去。
從上圖中可以看出，STM32L0系列的性能表現(xiàn)正好介于STM8L和STM32L1之間。意法半導體STM32超低功耗系列微控制器市場經理Hakim Jaafar表示，ST對于STM32L0有著細致的產品發(fā)布規(guī)劃，將分為三步：
首先發(fā)布的是32-64K閃存容量的產品。之所以選擇從從中間容量開始做，是因為根據統(tǒng)計，80%的Flash應用需求都集中在64K以下。所以，這樣的策略基本可以滿足主流的中間段需求、以及小部分低容量的需求。第二和第三階段，會分別發(fā)布64-192K和16-32K容量的產品。這樣一來，我們就可以去細化更大容量的產品，以及在32-64K基礎上細化出更小容量的產品。
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具體認識STM32L0的低功耗特性，可以歸納為幾點：
寬工作電壓范圍：過去，當某些產品線的電壓低于一定值后，主頻會降低，導致CPU的性能受限?，F(xiàn)在，STM32L0產品線已經可以實現(xiàn)從1.71V-3.6V之間都可以全速在32MHz運行。
寬工作溫度范圍：無論是工業(yè)領域中的傳感器，還是生活中豐富的可穿戴設備，都面臨著越來越高的環(huán)境溫度。比如，現(xiàn)在的LED控制板已經直接裝到了燈泡中，而燈泡在運行一段時間后的溫度便會超過105℃；再比如，很多時候設備在太陽底下暴曬一會兒，溫度便可能超過85℃，如果遇到成百上千個傳感器之間互聯(lián)時，高工作溫度與低功耗還需要同時被滿足。所以，STM32L0為用戶提供了-40℃-125℃的工作溫度范圍，以保證設備在各種極端環(huán)境下的使用。
Hakim Jaafar透露說，歸功于STM32的特殊工藝，STM32L0目前同行產品中唯一可以在125℃下面還保持工作的。
優(yōu)化的運行模式：STM32L0在32MHz時運行的功耗是139uA/MHz，并且可以在真實的應用中實現(xiàn)；在停止模式下，設備會進入低功耗睡眠狀態(tài)，由于RAM本身無法供電，會導致其中保存的數(shù)據丟失。但是對于會戴著睡覺的智能手環(huán)來說，我們并不希望發(fā)生在它身上。考慮到這個問題，STM32L0的設計攻破了可穿戴設備在低功耗運行上的這一難點，使得RAM數(shù)據可以被全部保存下來，功耗保持在400nA。同時，3.5微秒內，設備可以完成從睡眠到全速運行狀態(tài)之間的轉換。
低功耗外設：傳統(tǒng)的USB外設需要在外面添加振蕩器，STM32L0則在內部集成了專門為USB使用的晶體振蕩器；傳統(tǒng)的ADC是12位的，而今天的STM32L0已經還集成了世界功耗最低的ADC：在每秒100k次采樣率下，功耗為48μA。同時，內置硬件過采樣功能可以將ADC的分辨率提高到16位。
Hakim Jaafar強調，STM32L0考慮的不僅是內核的問題，更重要的是整體的設計和規(guī)劃。因為在實際應用中，設備對于低功耗和數(shù)據交換有著同時的需求。而對于傳統(tǒng)的MCU，當CPU進入低功耗睡眠模式后，外設也同時關閉了。而今天的STM32L0，已經可以實現(xiàn)當CPU關閉的時候，串口還可以繼續(xù)接收和發(fā)送數(shù)據。
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市場定位：差異化產品線之間的配合
ST大中華與亞太區(qū)微控制器市場及應用總監(jiān)James Wiart表示，ST的微控制器產品進入中國已經快要9個年頭，而中國區(qū)的業(yè)務每年都會有大幅的上漲。根據IHS的報告，ST的MCU業(yè)務在中國的市場占用率毫無疑問是第一名，并且實際的出貨量還要大于統(tǒng)計數(shù)據。同時，中國區(qū)的增長也強勁的帶動著全球業(yè)務的提升。
對于當下大熱的可穿戴設備，James Wiart表示ST在兩三年前已經開始了非常大的投入，從產品的研發(fā)到伙伴的合作，STM32的產品已經應用在了很多最新的智能設備中。例如Sony的Smartwatch、Nike的FuelBand以及HTC的Sense Hub。
ST中國區(qū)微控制器市場部高級經理曹錦東補充說，智能設備的核心離不開專用的MCU，用來處理所有傳感器數(shù)據的采集與融合。應用的需求也會體現(xiàn)在更高性能、更低功耗以及更低成本之間的最佳權衡，而STM32L0將面向對成本和功耗更為敏感的物聯(lián)網應用中。另一方面，可穿戴設備以及廣泛的物聯(lián)網設備都會有不同層面的各種需求，ST不僅僅是通過STM32L這一條產品線實現(xiàn)，而是通過差異化的產品線來滿足差異化的需求。
此外，項目構建中的時間成本問題十分緊要，工程師在產品升級和替換中對引腳兼容的需求，也與ST的產品設計規(guī)劃不謀而合。目前，STM32在F0、F1、F3低功耗系列之間都堅持采用同樣的封裝，以及腳對腳的兼容。
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四大目標應用中的產品策略
工業(yè)傳感器和表計是工業(yè)應用里面的典型代表，目前它們最關鍵的要求就是數(shù)據的及時通訊、計量的準確度和精確度。由此STM32L0內置RTC的好處就體現(xiàn)出來了。相比傳統(tǒng)的RTC，它的精讀可以達到0.95ppm。
此外，STM32L0雙區(qū)閃存的設計，使得程序的運行和程序的更新在兩個物理區(qū)分別進行。這對于幾乎每天都需要進行程序更新的設備來說，帶來了客觀的便利。
在保健領域，手持式醫(yī)療設備是典型的代表。而對于數(shù)據計量的準確和精確度的嚴苛要求，也體現(xiàn)了12-16位ADC的用途。
對于消費電子產品來說，它最大的特點就是對低成本、小封裝的不盡追求。而STM32L0目前采用3x3mm和WLCSP封裝，是目前業(yè)界最小的。同時，將例如USB晶振、BCD以及LPM這樣的外部器件集成到內部，也幫助用戶降低了成本。
在射頻方面，STM32L0采用硬件加密的AES 128位算法，確保了無線通訊中的最關鍵的安全加密問題。同時，而STM32L0的超低功耗基礎，為需要電池供電的無線模塊保駕護“航”。
開源化的軟硬件生態(tài)系統(tǒng)
相信很多人對于STM32的官方評估板和探索套件不為陌生，而有別于這幾樣傳統(tǒng)的工具，ST最新創(chuàng)建了一款名為Nucleo的評估板。不同之處是它保留了探索套件的靈活性，同時留有連接ARM、Arduino等開源平臺的接口，用來助力加速智能硬件、開源硬件領域的開發(fā)。
受益于傳統(tǒng)的STM32生態(tài)系統(tǒng)，STM32L0還有軟件上的支持—STM32Cube。它的ID可以來自于ARM、KEIL，也可以來自于IAR。同時，STM32Cube里有更多的選擇，可以有更多的靈活性。選定需要的MCU，對應的Package便可以滿足該MCU的軟件庫需求。
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