ST完整軟硬體布局 打造效能與安全兼具物聯網系統

意法半導體台灣CSMM部門經理黃鐙誼。DIGITIMES攝

物聯網被視為智慧化系統的核心架構，對企業的數位轉型至關重要。ST長期深耕物聯網領域，已累積龐大的專業經驗與技術能量，為協助系統業者打造高效能物聯網資安防禦機制，日前舉辦的「安全物聯網研討會」，聚焦於物聯網的技術發展趨勢與解決方案，並深入探討如何因應場域需求，建構高效能系統，提高平台的安全性和可用性。

文曄科技行銷處資深經理林文瀚在致詞時表示，物聯網發展多年，已成為產業升級的關鍵驅動力，不過要打造效功能與便利兼具的物聯網系統，必須有低耗電端點控制器、遠距通訊模組、精準感測器、完善資安防禦機制等眾多要件同時到位，方能建構穩定運作的物聯網，此研討會即是針對設備與系統商量身打造，希望藉此協助各領域客戶加速產品開發時程。

完善NFC/RFID產品策略 全面優化物聯網效益

近年物聯網在各垂直產業加速普及，其安全性也漸受場域業者重視，ST台灣CSMM部門經理黃鐙誼在「物聯網進階的設計和方案」議題中指出，物聯網安全性數位世界的重要性日增。從架構運作層面來看，物聯網系統是透過終端感測器擷取大量高機敏性資料，再經由有線或無線的閘道器將資料傳輸致上層雲端，與現在常見的電子系統不同，物聯網架構的終端除了電子設備外，也包括各種非電子產品，因此可應用於建築家庭、製造、醫療、物流倉儲、教育與農業等場域。

由於資料數量龐大且多為個人隱私或企業組織機密，因此必須讓終端設備擁有各自的獨特身分識別，協助系統快速辨識數據所屬之處，並高度重視傳輸的完整性、安全性，避免資料被竊取或篡改。除此之外，為了提升可用性，此一傳輸機制還必須納入成本、易使用與低耗電考量，就此來看，NFC/RFID會是物聯網再多數應用場域的最佳選擇。

黃鐙誼接著表示，NFC是已然普及無線通訊技術，具備安全短距離、低數據與低功耗特色，相較於藍牙、Wi-Fi等通訊標準，NFC短距離安全傳輸優勢可確保資訊不被攔截，並能大幅降低資安疑慮。

NFC／RFID架構由電子標籤（Tag）與讀寫器（Reader）組成，電子標籤又分為被動式標籤與動態標籤，前者主要用於消費性產品、電子票券、遊戲、資產追蹤…等，動態標籤則多以工業控制、智慧燈具、智慧儀表、健康照護等場域為主，兩者最大不同是被動式電子標籤是被動感應，標籤內僅有線圈，無須電力驅動，動態標籤則須與MCU整合發出訊號，因此需要一定的電力驅動，不過耗電量相當低，無論是被動式或主動式電子標籤，都需與讀寫器連結傳輸數據，進而完成各種智慧化應用。

有鑑於近年NFC／RFID的應用逐漸擴大，已從的物件識別延伸至電子支付。為了讓創新應用有規範可循，NFC Forum制定出統一標準的資料交換格式–NDEF規範，在此規範下，只要設備內建NDEF格式，無需開發上層應用軟體的狀態下就能透過NDEF的電子標籤交換資料，大幅優化系統開發時程與使用體驗，例如印表機廠商將產品資訊寫入貼附在印表機的NDEF電子標籤上，維修單位可透過讀寫器讀取資料，藉此快速辨識產品真偽。

ST深耕NFC／RFID多年，已建立起完整生態系，其產品涵蓋各種認證標準與應用層面，被動式電子標籤的ST25TV、ST25TA與動態標籤的ST25DV-I2C、ST25DV-PWM均符合NFC Forum規範，可用於iOS與Android app兩大手機作業系統；而ST25R3911B、ST25R3916B讀取器除了NFC Forum的相關軟體之外，也可使用RFAL與Linux軟體。

黃鐙誼緊接著介紹ST的NFC／RFID產品線。從產品分類來看，ST的NFC／RFID電子標籤部分，可區分為ISO 14443、ISO 15693兩大標準產品，其中ST25TV支援ISO15693和NFC Type 5協定，可實現高達53Kbps的通訊速度。該晶片內建EEPROM記憶體，容量從512b到64Kb不等，可保留資料長達60年，並進行10萬次讀寫。ST25TV還提供了增強的NDEF TruST25數位簽章功能，確保資料的安全性和完整性，並具備64位元密碼和24位元UTC功能，可用於資料保護和時間紀錄。

每個晶片都有唯一的UID，用於標識不同的晶片。此外，ST25TV還具備防篡改功能，可以偵測任何對晶片的物理攻擊或篡改。ST25TV02KC 更可以支援NDEF自動延展格式，將電子標籤（Tag）的ID、電子簽章、防拆資訊等不需要App而自動傳送到雲端認證，可在各種安全物聯網應用中使用。

動態標籤部分，黃鐙誼特別介紹ST25DV-I2C EVO，此系列晶片同樣支援ISO15693、NFC Type 5協定與高達53kbps的通訊速度。晶片內建的256位元組緩衝區和EEPROM記憶體，其容量範圍從4Kb到64Kb，可保留資料長達40年與100萬次讀寫。ST25DV-I2C EVO具備快速傳輸模式，可加快資料傳輸速度。具備64位元密碼、能量收集（E-Harvesting）、RF偵測和唯一識別碼（UID）功能。

ST25DV-I2C EVO設計有I2C 1MHz介面，每次寫入16位元組頁，並適用於1.8V至5.5V的電壓範圍，此產品提供了多種封裝選項，包括SO8、TSSOP8、FPN8、FPN12和WLCSP10。將動態標籤和控制器結合可以開發出與手機運用的創新下一代產品，例如將ST25DV-I2C使用在Flash隨身碟上，可以藉由手機上的生物辨識預先認證，再透過ST25DV-I2C將Flash隨身碟上鎖或解鎖，達到資料保護的目的，而且節省在Flash隨身碟上安裝生物辨識晶片的成本。

ST25R 系列NFC讀寫器支援多種標準協定，如ISO14443-A/B、Felica、ISO15693和ISO18092，適用多種應用場景。除了讀寫功能外，還可進行點對點通訊（P2P）和卡片模擬（Card Emulation），符合金融和支付產業的EMVco和PBOC標準。具有主動波形塑形、自動天線調諧、動態功率輸出和多天線支援等功能，確保在不同環境下獲得穩定可靠的性能。

通訊速率高達10Mbps的SPI介面和3.4Mbps的I2C介面，工作電壓範圍為2.4V至5.5V，功耗範圍為1.6W至0.5W。提供WF 32引腳QFN和WLCSP-36封裝選項，以滿足不同的設計需求。ST25R系列NFC讀寫器廣泛被應用在POS付款系統、門鎖、車用電子鎖等應用，其安全可靠性已受到市場認可。

除了物件辨識和電子支付等已普及的應用外，由於NFC/RFID具有獨特的能量傳輸特性，NFC Forum已制定了相應的無線充電標準，由於功率較低，此功能主要針對小型週邊設備。NFC Forum定義的NFC/RFID無線充電架構包括接收端的Listener（WLC-L）和發射端的Poller（WLC-P），可透過NDEF標準交換數據，傳輸方式分為Static和Negotiated兩種。

Static模式下的最大傳輸功率為100mW， Negotiated模式則有0.25W、0.5W、0.75W和1W等四個傳輸等級。未來的應用將以隨身耳機、智慧手錶、感測設備、智慧戒指和數位設備配件為主。目前，ST已經推出了WLC-Poller和WLC-Listener兩種NFC／RFID無線充電開發板，協助客戶快速完成產品設計。

在安全物聯網的應用，隨著連接到網路商品被駭客攻擊的事件與日俱增，如果需要更高層級的應用，ST也提供了具有Common Criteria EAL5以上等級的安全認證的STSAFE-A110安全晶片，將私鑰、公鑰、憑證在晶片出廠前，在ST經過安全認證的工廠燒錄，且晶片具有防止晶片逆向工程的功能，可以防止駭客利用逆向工程竊取私鑰。

另外，STSAFE-A110亦支援亞馬遜的AWS、微軟的Azure或其他私有雲端認證，在一些數位家庭、工業安全物聯網應用上，便於設計開發產品。另外，如果產品有使用遠距行動的方案而需要嵌入式SIM卡，ST也有ST4SIM200系列產品，可以應用在工業、車聯網、M2M及各種3G、4G、5G、NB-IoT等遠距物聯網上，提供安全穩定的連結及資料傳輸。

總結來看，ST在安全物聯網的應用，無論是電子類或非電子類，從產品包裝、設計、研發、生產到售後服務，都可提供方便、安全、低功耗、節省成本的一站式完整方案。

軟硬兼具打造開發環境 落實智慧化應用願景

NFC的應用多元，產業電腦大廠研華就採用了ST的產品，打造出EPD解決方案。研華台灣區業務處鍾翊達表示，電子紙的環境友善、雙穩態、反射式技術三大特色，可在協助場域業者減少人力物力成本、提升工作效率的同時，達到環保節能需求。以EPD-230設備為例，此產品配備3個LED燈與按鈕，可提供多種人機互動設計，其中LED可作為指示器，按鈕可協助使用者查看不同的頁面資訊。

研華的EPD解決方案已有多個成功案例，例如航空公司以EPD-210為VIP客戶製作行李牌，顯示登機資訊等, 在無源情況下依舊可以顯示資訊，此外13.3吋與31.2吋電子紙裝置，在城市、工廠、建築、物流倉儲、醫療照護等場域，也都有成功案例，例如研華林口總部的接駁車站牌，就利用EPD解決方案打造出候車資訊系統，優化搭乘體驗。

ST台灣CSMM部門技術行銷經理吳祥民在「ST25 NFC and STSAFE安全元件使用案例」演講中，特別指出STSAFE-A110安全元件已通過Common Criteria EAL5+安全認證，可提供身分認證和資料保護服務等服務。 STSAFE-A110的典型應用包括耗材、配件或電動工具電池等產品的品牌保護和控制耗材使用數量，以及在連接設備的安全性上可以驗證設備是否正品或其瀏覽權限， 確保交換數據的機密性和完整性或確保嵌入式韌體的完整性。

繼安全性設計後，ST台灣CS部門專案經理李慶嘉緊接著介紹ST25的天線設計。他指出ST在天線設計領域擁有豐富的專業知識，已針對不同標準和應用場域設計出最佳化的天線架構，為了協助設備製造商快速開發產品，ST提供了ST25R3916設計工具和驗證建議，開發者只需輸入天線的尺寸參數，例如長寬、距離、厚度和相關參數，即可自動計算對應的天線電感值，進而方便評估天線的設計。

此外，市場上也有專業儀器可用於驗證。對於NFC天線設計，李慶嘉介紹了六個步驟，包括需求釐清、天線空間評估、天線設計、訊號量測和模擬、天線匹配線路模擬，以及最終的驗證和最佳化調整。工程師可參考ST提供的AN2866、AN5276、AN5240等多個參考設計文件，有助於縮短產品開發週期。

NFC／RFID與MCU的兩大關鍵零組件的整合，可協助工程師開發各種智慧化設備，ST台灣GPM部門技術行銷經理張世昌在「STM32一站式服務方案」簡報中表示，STM32做為MCU領域領導品牌，整體布局非常完整，其中包括針對不同需求設計的16種通用型產品、3款具備無線傳輸功能的MCU與1款MPU。除了產品線之外，硬體方面ST提供了STM32 Nucleo、探索套件、評估板及STM32 Nucleo 擴充套件等硬體評估工具與來自第三方合作夥伴的開發板。

軟體方面則有包含STM32Cube免費的生態系統提供使用者從系統開發到產品釋出期間的協助 , 如STM32CubeMX，STM32CubeIDE , STM32Cube Programmer , STM32Cube Monitor等。另外 , 針對不同產品應用上也提供了免費開發軟體 , 如人機介面開發TouchGFX、馬達控制 MCSDK等工具來提供此類應用上的設計協助。

至於目前產業界高度重視的資安保護，STM32從系統層面的記憶體保護、加解密驗證、產品平台認證和代碼隔離四大設計上的需求提供不同的軟硬體協助，運用上述完善的安全設計元素，將可一次滿足產品業者的資安保護需求，降低產品開發門檻，提供以STM32 Trust信任為基礎的一站式多元解決方案。

從「安全物聯網研討會」的專業演講與熱烈互動可看出，市場對物聯網效能、安全性的重視已愈來愈高，未來ST將深耕此領域，以專業經驗和技術能量持續優化產品布局，協助客戶建構效能與安全間距物聯網機制，搶攻龐大智慧化商機。