STM32U5-Serie

Mehr Performance und Energieeffizienz

22. Februar 2023, 8:49 Uhr | Iris Stroh
STM32U5
Die MCUs der STM32U5-Serie erhalten als erste Universal-Mikrocontroller die NIST-Zertifizierung für eine eingebettete Zufallszahlen-Entropiequelle
© STMicroelectronics

STMicroelectronics hat seine STM32-Familie durch zusätzliche Bausteine der STM32U5-Reihe ergänzt, die das Performance-Niveau anheben, gleichzeitig aber weniger Strom verbrauchen, um die Energieeffizienz zu verbessern und die Akkulaufzeiten zu verlängern.

Die neuen MCUs von STMicroelectronics dehnen das Angebot an Code- und Datenspeicher für kostensensible Anwendungen auf 128 KByte Flash-Speicher aus, während für komplexe Applikationen und anspruchsvolle Benutzeroberflächen auf Smartphone-Niveau zusätzliche Versionen mit hoher Speicherdichte angeboten werden. Der STM32U59x/5Ax mit 4 MByte Flash und 2,5 MByte SRAM etwa hat den bis dato größten On-Chip-Speicher aller STM32-MCUs zu bieten.

Mit ihren verbesserten Fähigkeiten bringen die neuen Mikrocontroller eine Verbesserung für tief eingebettete Anwendungen wie etwa Umgebungssensoren, industrielle Aktoren, Gebäudeautomation, Smart Devices, Wearables, eMobility-Steuerungen usw., und dies insbesondere an entlegenen, schwer zugänglichen Einsatzorten. Da weltweit Milliarden solcher Geräte in intelligenten Anwendungen für private und berufliche Zwecke installiert werden, beschleunigen die neuen MCUs von ST den Fortschritt, indem sie die Leistungsfähigkeit steigern, die Energieeffizienz verbessern und für mehr Cybersicherheit sorgen.

Sämtliche STM32-MCUs basieren auf Prozessorkernen des Typs Cortex-M und profitieren von dem ebenso leistungsfähigen wie anwenderfreundlichen Entwicklungssystem aus STM32Cube und STM32Cube.AI. Dieses aus Tools und Software bestehende System unterstützt Projekte der Kunden von Anfang bis Ende. Dies schließt die Realisierung von AI/ML-Lösungen der Spitzenklasse ein, indem vortrainierte neuronale Netze in optimierten Code umgewandelt werden.

In der Serie STM32U5 kommt der Cortex-M33 der neuesten Generation zum Einsatz, der mit seinen Verbesserungen für mehr Performance und Energieeffizienz sowie eine erhöhte Beständigkeit gegen Hardware-Attacken sorgt. ST hat diesen Prozessorkern durch sein Know-how im Bereich der Ultra-Low-Power-MCUs ergänzt und eine Architektur geschaffen, die im Interesse herausragender Cybersecurity-Eigenschaften auf etablierte Arm-Prinzipien setzt. Einige Bausteine der Serie verfügen außerdem über einen 2,5D-Grafikbeschleuniger. Unter dem Strich entsteht damit eine wegweisende MCU-Serie mit einer großen Auswahl an pin- und softwarekompatiblen Produkten, die bestens für die Herausforderungen der nächsten Anwendungsgeneration gerüstet ist.

Weitere technischen Informationen

Zu den proprietären energiesparenden Features der STM32U5-Serie gehören autonome Peripheriefunktionen und die LPBAM-Betriebsart (Low-Power Background Autonomous Mode) von ST. Letztere ermöglicht der Applikation die Aufrechterhaltung kritischer Funktionen, während der Prozessorkern und weitere nicht genutzte Blöcke in eine der flexiblen Energiespar-Modi der Mikrocontroller versetzt werden. Aus diesem Zustand kann der Mikrocontroller den Kern rasch aktivieren, damit dieser rasch einen Datenblock verarbeiten und anschließend wieder in eine Low-Power-Betriebsart wechseln kann.

Überdies stellen die STM32U5-MCUs bis zu 4 MByte Flash-Speicher für Code und Daten zur Verfügung, ergänzt durch bis zu 2,5 MByte SRAM zur Verarbeitung anspruchsvoller Anwendungen. Dank des großen chipintegrierten Speichers werden weniger diskrete Speicherchips benötigt, die ansonsten den Stromverbrauch, die Materialkosten und die Leiterplattengröße in die Höhe treiben würden.

Die STM32U5-Serie macht außerdem Schluss mit der bei Ultra-Low-Power-MCUs sonst meist eingeschränkten Grafik-Performance. Versionen, die mit der fortschrittlichen NeoChrom-GPU (Graphics Processing Unit) von ST ausgestattet sind, können eine ausgefeilte grafische Benutzeroberfläche (Graphical User Interface, GUI) verarbeiten, die sonst ein teures, mikroprozessorbasiertes System erfordert hätten. Stattdessen lässt sich jetzt mit einem winzigen Embedded-Prozessor eine Smartphone-ähnliche Nutzererfahrung realisieren, und bei der GUI-Entwicklung kann auf das TouchGFX-Framework von ST zurückgegriffen werden, das nunmehr mit SVG-Unterstützung und reichhaltigen grafischen Ressourcen aufwarten kann.

Im Unterschied zu den Prozessoren, die üblicherweise zur Unterstützung solch ausgefeilter Fähigkeiten notwendig sind, werden die STM32U5-MCUs in einem wirtschaftlichen Gehäuse der Bauart LQFP100 angeboten, das die Verwendung einer einfacheren Leiterplatten-Konstruktion mit einem Minimum an Lagen ermöglicht. Zur Beschleunigung ihrer Projekte können Entwickler auf Ressourcen wie das Softwarepaket STM32CubeU5, die neuen Entwicklungs-Boards NUCLEO-U545RE und NUCLEO-U5A5ZJ sowie das Discovery Kit STM32U5A9J-DK für die Grafik zurückgreifen.

Verbesserungen bringt die STM32U5-Serie hinsichtlich der Cybersicherheit, wofür der Cortex-M33 mit seiner Speicherschutz-Einheit und die Arm TrustZone-Architektur mit ihrer Hardwareisolation verantwortlich sind. Die MCUs enthalten zusätzlich Kryptografie-Beschleuniger für fortschrittliche AES-Algorithmen und PKA-Unterstützung (Public Key Architecture) und sind nicht zuletzt beständig gegen physische Attacken. Die ECC-Unterstützung (Error Correction Code) des Flash- und SRAM-Speichers verhindert ein Verfälschen der Daten, wovon der Schutz vor Cyber-Attacken ebenso profitiert wie die funktionale Sicherheit.

Hinzu kommt, dass die STM32U5-Serie als erste Gruppe von Universal-Mikrocontrollern die Zertifizierung des US-amerikanischen NIST (National Institute of Standards and Technology) als eingebettete Zufallszahlen-Entropiequelle erhalten hat. Da diese Zertifizierung von den Kunden wiederverwendet werden kann, vereinfacht und beschleunigt sich die Zulassung von Anwendungen, für die eine Zertifizierung gemäß SP800-90B erforderlich ist.

Die neuen Bausteine der STM32U5-Serie sollen den Planungen zufolge im zweiten Quartal 2023 in die Massenfertigung gehen. Die im eStore von ST sowie bei Distributoren erhältlichen MCUs werden zu Preisen ab 2,15 US-Dollar (ab 10.000 Stück) angeboten werden.

ST kann schon einen Erfolg mit der neuen Serie vermelden: Ajax Systems, einer der Leitkunden von ST für die STM32U5-Serie, setzt beim Design der künftigen Generationen seiner fortschrittlichen Wireless-Security- und Smart-Home-Lösungen auf die neuen MCUs. Max Melnyk, Device Department R&D Director bei Ajax, bemerkt dazu: »Die Arbeit mit STMicroelectronics als einem weltweit agierenden Giganten auf dem Halbleitersektor hilft uns dabei, die Ajax-Produkte weiterzuentwickeln und zu stärken. Die STM32U5-Serie sorgt für eine signifikante Senkung des Stromverbrauchs, während die Performance auf dem Niveau der anderen, mit DSP und Gleitkomma-Coprozessor ausgestatteten MCUs bleibt. Hinzu kommt, dass wir unseren bestehenden Code zu 90 Prozent wiederverwenden können. Ein weiterer wichtiger Pluspunkt ist für uns der große integrierte SRAM-Speicher, der für einen doppelt so großen Frame Buffer reicht und damit schnelle, flüssige Grafikdarstellungen ermöglicht. Zum Laden von Ressourcen ist ferner ein reichhaltig bemessener Flash-Speicher vorhanden. Meiner Ansicht nach wird die Entwicklung der nächsten Generationen von Ajax-Produkten hierdurch wirksamen Auftrieb erhalten.«

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