新一代超低功耗王者:STM32U5

在今年年初（2021年2月25日），ST官方宣布推出了全新超低功耗系列STM32U5，内核采用Arm Cortex-M33，动态功耗低至：19μA/MHz，采用 40nm 工艺制程。

内核运行支持160 MHz，240 DMIPS / 651 Coremark
支持硬件数学加速器: FMAC 和 Cordic
应用Cache 加速内外部存储访问速度，提高系统性能 (ART Accelerator)

从STM32Lx到STM32U5STM32Lx系列为STM32早期的超低功耗系列MCU，最早的一款STM32L系列为STM32L1，于2009年发布。STM32Lx系列前后推出了STM32L1、 STM32L0、 STM32L4、 STM32L4+、 STM32L5等几个系列，多种型号的低功耗MCU。
如下是时间轴:

STM32L0具有高性价比和超低功耗的特性，非常适合诸如火警之类的许多应用。
STM32L4是突破性的产品，它具有同类最佳的低功耗，80 MHz CM4的性能以及高集成度。
STM32L4+ 的出台进一步扩展了该平台，它带来了更高的性能以及增强的图形功能。
2019年，ST推出了具有更高安全性的STM32L5。

STM32的超低功耗型是非常庞大的产品系列，因引脚对引脚兼容且易于迁移，在市场上非常成功，已成为IoT、工业传感器、可穿戴设备或家庭自动化等超过20亿个应用程序的核心。

STM32低功耗系列在STM32大家庭中的位置如下:

那么相对于ST其他低功耗系列STM32U5有哪些突出的优点呢?

STM32U5系列提供了基于Arm® Cortex®-M33内核的低功耗高级微控制器，以满足智能应用所需的严苛的功耗与性能要求，这些应用包括可穿戴设备、个人医疗器械、家庭自动化和工业传感器。
STM32U5微控制器系列内置高达2MB的闪存（双BANK架构）与786 KB的SRAM，有助于提升性能至新的水平。
STM32U5拥有8种封装选项（48~169个引脚）和众多产品料号，同时还支持高达125°C的环境温度下工作。

一流的低功耗性能
• 能耗基准：
       535 ULPMark-CP
       149 ULPMark-PP
       133000 SecureMark-TLS
• LPBAM（低功耗后台自主模式）是一种创新的自主管理模式，该模式支持低功耗模式下直接存储器访问（即LPDMA低功耗DMA），此时器件的大部分外设处于停机模式的情况，仅保持特定外设工作，从而节省功耗。
• 可选的内置式SMPS（开关模式电源）降压转换器
• 主要功耗性能指标包括：
        关断模式下110 nA
       待机模式300 nA
       停机模式3下为1.7 µA，16 KB的SRAM可用
       停机模式2下为6.6 µA，786KB的SRAM可用
       运行模式下，电流功耗低至19 µA/MHz

增强的安全性

STM32U5系列基于STM32L5 MCU的网络安全功能，将集成了ARM TrustZone®技术的Arm Cortex-M33内核与意法半导体特定的安全功能集有机融合，引入了最先进的创新成果：
• （AES）加密引擎和公钥算法加速器（PKA）硬件单元具有抵御差分功率分析（DPA）侧信道攻击的能力

• 使用硬件唯一密钥（HUK）的安全数据存储
• 主动篡改检测。通过内部监测，可在发生扰动攻击时擦除安全数据，有助于满足POS应用所需的PCI安全标准委员会（PCI SSC）要求。
• 目标PSA与SESIP（IoT平台的安全评估标准）达到3级保障等级

产品特性
• 确保更强的应用响应能力：
       Arm Cortex-M33的运行频率达160 MHz
       全新的意法半导体 ART加速器：在内部和外部闪存（支持8 KB的指令缓存）中均可工作
       拥有240 DMIPS和651 CoreMark性能得分
• 高达0.5 Mb的片上闪存可延长周期寿命，高达100,000的读/写周期以确保用户数据的可靠存储。
• 高集成度与创新：支持ECC的Flash与SRAM大容量存储器，带功率输出控制器的USB Type-C，CAN FD，14和12位ADC模块，多功能数字滤波器（MDF）和音频数字滤波器（ADF）
• 丰富的产品组合：8种封装类型（LQFP48、QFN48、LQFP64、WLCSP90、LQFP100、UFBGA132、LQFP144和UFBGA169）

概括起来有6大亮点:
STM32U5相对前面传统的STM32Lx系列低功耗MCU具有很多差异的地方。

亮点一：40nm工艺制程

以前的STM32采用90nm工艺制程，此次STM32U5采用40nm工艺。越先进的工艺代表着功耗性能越好，这也是为什么STM32U5动态功耗可以低至 19μA/MHz 的原因。

亮点二：主频160MHz

以前STM32Lx系列低功耗MCU主频相对较低，STM32Lx系列中STM32L4+最高主频才120MHz。STM32U5拥有240个DMIPS和651个CoreMark得分的高性能。在产品功能越来越多、越来越丰富的今天，需要处理更多的事件，因此主频越高，代表其性能越高。

亮点三：更强的Flash

STM32U5采用更高密度的晶体管，同时，采用更先进技术，使Flash寿命更长。换句话说，同样单位面积Flash容量更大，STM32U5将支持高达4M Flash容量。

亮点四：TrustZone技术

STM32U5采用 Cortex-M33 内核，自身带有 TrustZone 技术。TrustZone是一种基于ARMv8内核实现的一种安全技术，依靠TrustZone，可以使MCU启动、固件更新更安全。同时，结合STM32Trust、Microvisor等一些技术，MCU将适合更多安全较高的场合。虽然ARMv9架构已发布，具有更多功能，但目前ARMv7、v8才是主流。