掌握STM32全攻略 縮短開發時程讓設計最佳化

意法半導體STM32WB支援多樣無線傳輸協議的解決方案。

智慧化成為各類型產業最重要的趨勢，作為電子設備最重要控制元件的MCU，在此波浪潮中也須同步進化，意法半導體(ST)是全球電子零組件的重量級廠商，旗下的STM32系列，不僅擁有目前市場上最齊全的MCU產品線，並廣泛應用在各種場域，為使工程師進一步了解STM32的產品特色與生態系，ST特於6月底舉辦STM32線上研討會，協助工程師縮短開發時程，設計出高性價比產品。。

ST亞太區資深產品行銷經理楊正廉指出，STM32全系列產品採用了Arm Cortex-M，目前旗下的17大產品線，共使用了ARM Cortex-M0+、M3M4、M7、M33等核心，在此同時，ST也建構起完整的開發環境，STM32的所有產品都可在同一平台上開發，藉此省下大筆開發費用，再加上長期供貨保證，讓廠商的開發資源投入與訂單獲得保障。

楊正廉進一步列舉STM32的產品藍圖，STM32G4是專為類比訊號處理、數位控制等重度使用者而設計。STM32WB和STM32WL則為配置無線傳輸介面的MCU，可連結藍牙、LoRa等RF通訊標準。除了既有的作業軟體架構之外，為了強化Linux的支援，STM32MP1即是為回饋市場需求而誕生，此產品主要特色是以Cortex-A7搭配Cortex-M4，具有計算和圖形處理能力，兼具高效能即時控制和高功能整合度。除此之外，AI已成為科技產業近年來的重要技術，STM32在此已可支援相關應用，讓使用者在設計發想時有更多元的參考。

因應智慧化需求 新功能不斷問世

對於先前提到的STM32WB，ST應用工程師Eason Wang指出，近期物聯網趨勢興起，傳輸通訊成為各設備的重要功能，ST在2018年推出的STM32WB，就是為了回應市場需求而設計。此款產品的七大特色包括開放式的2.4GHz與多種射頻選擇、雙核心可全面控制超低功耗、已就緒的物聯網保護、大幅整合可有效控制成本、產品種類豐富、先進開發工具與10年供貨保證。

在核心部分，此款產品整合了Arm Cortex-M4與一個Arm Cortex-M0+，前者負責運算主要應用開發，後者執行低功耗藍牙5與IEEE 802.15.4射頻等即時處理任務，其射頻控制器也能同時運轉其他無線通訊協定，包括OpenThread、ZigBee或專有通訊協定，提供設備更多連網選擇。STM32WB的雙核分工模式，可讓設備兼顧效能與功耗考量。功耗方面，在主動模式3.0V下，功耗僅有50µA/MHz，待機模式則為2.1µA，若處於關機狀態，則小於50nA。週邊包括I²C、USART、LP-UART、SPI、USB2.0 FS等傳輸介面，透過完整的整合，有效控制成本，從而設計出最佳化產品。

除了通訊之外，AI也是近年來各產業的焦點技術，ST的Ethan Huang指出，AI的應用平台已從超級電腦、智慧型手機延伸到MCU。不過要在MCU上實現機器學習並不容易，首要的瓶頸就是記憶體容量。對此ST早在二年前就已推出CubeAI，協助工程師打造AI產品。

Ethan Huang表示，STM32開發神經網路應用，會有五個主要的步驟，包括資料蒐集、資料整理與神經網路拓樸架構的決定、訓練模型、使用CubeMX搭配CubeAI評估訓練結果的可用性、在STM32上執行模型。從這五大步驟可以看出CubeAI是STM32 AI方案的核心，CubeAI可以轉換的模型類型包括Keras、TensorFlow Lite、Caffe及ONNX。除了轉換之外，CubeAI也可以提供RAM和FLASH的記憶體用量、神經網路模型的複雜度的評估，同時CubeAI也可以提供inference time 推論時間及MCU負載的實際量測報告。整體而言，STM32的AI方案是以CubeAI為核心，支援了眾多的STM32系列，提供工程師更多MCU選擇，藉此順利完成產品開發。

STM32高效能MCU 應用廣泛廣受業界肯定

在高效能MCU方面，Bossen WU介紹了ST的STM32H7。此款產品主要應用於工業控制、家庭安全監控與健康照護等領域。特色包括超高的性能、雙核心架構、先進的資安設計與豐富生態系統。STM32H7系列在2016年問世，2019年推出雙核心產品，今年則瞄準圖形化顯示應用，進一步擴充產品效能，將內建記憶體一舉提升到1.4MB。

對於STM32H7的超高效能，其單核心所採用的ARM Cortex-M7時脈已有480MHz，雙核心架構除了M7外，再加上Arm Cortex-M4的240MHz，其效能表現遠超市面同等級產品。系統架構部分，STM32H7的設計，可視使用需求，應用於工業或需要AI運算的系統中，另外其內建硬體密碼學演算加速器，加上ST自行開發的資安機制，可以有效的保護軟體資產。STM32H7已提供了完整的參考設計，工程師可進入相關的社群網站和官方網站，並藉由STM32Cube豐富的生態系統，協助開發人員大幅縮短開發流程。

至於在應用端，STM32已被廣泛導入至各種設備，數位電源與馬達控制又是其中兩大重要領域。Otis Chan指出，STM32系列中的STM32G4，架構在執行頻率高達170MHz的Cortex-M4核心上，其執行效能可高達550 CoreMark。在整合性方面，此產品高度整合類比週邊及數位週邊的產品組合，可補強既有的STM32F3系列產品線。

目前STM32G4的主要應用範疇，均著眼於其產品特色，例如高工作頻率，數學運算加速器與馬達控制計時器，就適用於家電產品中的馬達應用中。工業設備則會需求其125℃工作溫度、新一代的CAN-FD通訊協定與豐富串列介面等規格；至於高階消費性產品，大多是看中此產品內建的USB type-C PD3.0介面、豐富的類比週邊與高的效能功耗比；除此之外，數位電源與電動車充電站也都會是STM32G4的潛力應用。

STM32Cube打造業界最完整開發生態系

至於在開發部分，Otis Chan特別介紹最新的STM32馬達控制軟體開發套件(MC-SDK)，此套件建立在高度整合的STM32Cube生態環境基礎上，使用者可在靈活、易用的專業環境中設計馬達控制應用，因此廣受工程師愛用。

談到開發環境，就不能忽略STM32Cube的重要性。完整的產品線固然是工程師的強力後盾，然而龐大的產品種類與功能，可能在產品設計與選擇時產生困擾，這時就必須借助STM32Cube豐富的生態系。Kevin Liang表示，STM32Cube的工具眾多，從產品開發流程來看，在初期的選型與資源配置階段，可使用STM32CubeIDE或是STM32CubeMX，工程師只要輸入條件，MCU選擇器就可推薦合適的STM32 MCU產品，利用直覺式的圖形化介面進行MCU資源的配置與設定。進入開發期，可使用STM32CubeIDE搭配STM32Cube MCU Package與STM32Cube Expansion軟體資源，進行編譯與除錯，快速有效的完成應用端程式的開發。

在程式燒錄部分，STM32CubeIDE可直接燒錄程式進行線上除錯、STM32CubeProgrammer可透過圖形化介面或命令列方式，將程式燒錄至MCU內外的記憶體。在最後程式驗證階段，STM32CubeMonitor的圖形化即時辨識設計，可協助工程師即時觀察程式變數，進行應用程序的微調與診斷。Kevin Liang指出，STM32Cube的各種功能與範例都在持續強化中，未來ST將繼續投注資源，協助工程師解決繁雜的週邊工作，將更多的心力投注在產品的創造與設計。

STM32的應用領域相當廣泛，產品聚焦於3D影像辨識的五碩科技，採用了STM32 MCU與STM32 CubeAI，STM32 CubeAI可讓該公司在AI訓練模式中的成果，快速導入至推論(Inference)，進而打造出手勢辨識模組。該模組可辨識手勢方向，調整燈光的開關與明暗，其方便功能廣受客戶歡迎。

英諾飛科技所推出的單軸無人直升機，則在機身中採用了大量的STM32G4 MCU。由於單軸直升機的載重高、飛行距離長，多用來進行長距離物資運送，對於控制要求非常嚴苛，透過STM32G4，此單軸無人直升機的伺服馬達、飛行操控與GPS均可精準控制。

魔力士電子科技將自身研發的無刷馬達應用於電動機車上，0~100公里加速只要3.9秒。其優異效能來自STM32F4的強大控制能力。由於STM32的開發環境完善，因此該公司採用STM32產品已久，從F1、F3到現在的F4，近期也正將STM32G4納入設計中。

女媧創造公司的「凱比」機器人目前鎖定在教育輔助用途，提供了豐富的英語教學內容，並以活潑生動方式與孩子互動，除此之外，此機器人也可用於商業服務。凱比機器人內部共有12組伺服馬達，全都採用STM32 MCU做為控制，因此動作靈活動為目前市場上之最。

華墨科技的水質檢測蔬活球，其功能是透過光學方式偵測蔬果洗滌後水中的農藥殘留量，讓民眾吃得更安全蔬活球採用了STM32 MCU，不僅讓檢測速度更快、更準，而且透過STM32Cube的強大支援，將開發其從原本的一年縮短到7個月，讓實現迅速獲利目標。

投入數位觸控儀表的田宜創意智能，其品種類非常多元，從畫面浮動顯示到具未來科技感等設計一應俱全。由於採用數位方式呈現，過去儀表的開機時間非常久，導入STM32F7後則已大幅縮短，田宜創意智能表示，此STM32F7的高效能，讓該公司產品備受市場肯定。

STM32的完整產品線與強大開發生態系，大幅提升了工程師的產品開發效率，隨著智慧化時代的來臨，MCU在各類系統的重要性將快速提升，ST未來將持續深耕此一領域，協助廠商強化競爭力。