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【经验分享】STM32WB-硬件介绍

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STMCU小助手 发布时间:2022-1-4 11:00
1 系统和存储
' T- N4 m' ?( x6 B" S! v' s$ u' {6 q1.1 系统总览
, M; S8 v3 q/ G: v
STM32使用双核架构,一个cortex-m4核负责app程序开发,一个cortex-m0核负责射频协议栈,还有一个radio子系统负责RF部分。
# h7 D; W5 m: }7 @$ u" c$ w. }- G3 l; h3 ~" m9 D& J6 N' }
20200930104503435.png

; g" F7 {. ?  Z5 n( T7 s# G! F" d5 G/ s1 `  `: @+ `! L
1.2 STM32WB总线架构
( @2 P: o/ X' k5 \如下图所示,基本的外设都被CPU1域,也就是cortex-m4内核访问,CPU1和CPU2通过SRAM2通讯。: A: ?2 o9 c6 v4 b

/ _; D9 |- [* v5 R7 T5 K
20200930104700362.png

0 h# W5 T3 i$ z6 @; d) ?$ T2 d% E1 r, M
1.3 总线矩阵
9 O+ f7 z: v) A
, Z3 k( h. M5 a' w1 Q; C
20200930105113141.png

6 W4 r, k1 x& U% O/ Q
  J1 g2 _8 ]/ S7 y4 Q1.4 存储分布
3 I6 Y, l, H7 K7 X1 m7 A1 H
3 |5 t6 `& Y8 A5 m: I3 q' w
20200930105157465.png

$ t: S: h: B6 S
: ~# j. S: i/ a9 W" d1.5 STM32WB闪存特点$ c7 R, }; b  }, V1 X
共享- C1 v+ W9 U. P, u  i& [5 }( D$ F
闪存的一部分是为RF射频子系统CPU2保护的,为了安全区域,主机CPU1无法访问。
. P; L0 ~% u9 ]  l! s+ c, u* L使用ART加速
3 \" g& |! B" B# _同时执行代码CM4和CM0+对MIPS的影响约为0%,在单独的AHB总线上,它有自己的时钟分频器。
% k8 g% H- d$ s7 b# y1 u
- X; z6 ]( g5 z3级保护
/ k! \+ i, U6 ]! X/ R级别0(无保护)至级别2(最大保护)  ?, l, ~: t5 W5 z2 e: r
2 k0 Y: G- I6 z
限制
* w$ N- A+ U! ^- m0 u1 T在射频活跃期间,flash擦除或存储不应该被启动。因为射频活跃期间cpu1会频繁读写flash。8 S/ I# F; C# `+ p4 H

  z$ F' @/ k- {+ |3 q* ]) t9 |' q2 RF射频简介
6 G* \, J& k" R+ D# C3 d2.1 RF参数简介
6 C5 I- J$ q' S! u! y! a2 x
模拟前端* F4 Z9 ?1 I; n8 N  \. s
最大输出功率
% D* F! G: M' Z集成巴伦,6dbm发射功率,具有1dbm步进调节  `* P. O& L: h9 a1 R" D
专用引脚驱动外部PA,可以获得最大20dbm的输出功率
& T0 h4 f) ^: p3 K2 |3 e& u; m
接收灵敏度
+ a7 w  |* x- R5 U# bBLE:1Mbps @-96dbm, 2Mbps @-94dbm(250kbps和125kbps不支持)* O+ @* c; f, c4 O* z$ z$ S
802.15.4:250kbps @ -100dbm
3 e2 W5 J, d* V" [$ x
6 h" {: K9 H2 J! l4 v5 N功耗@3.3V
4 n) c( z# Y- ^6 J6 W9 V' F7 iTX:@0dbm:5.2mA9 T2 z/ X1 Z! o/ {
RX:4.5mA3 n6 M) T1 ~2 l3 X2 k1 L
stop2 with radio in standy (accurate clock LS12):1.8uA2 _# \- x0 a9 I& g

: P% T; y% I+ f- O$ Q: l2 m调制解调器
% V8 l, i/ O0 I( V, ~通过硬件格式化BLE包(对软件完全开放射频)支持1和2Mbps速率9 G4 {. M% o4 N1 g7 w1 M
IEEE 802.15.4 :硬件模式支持250Kbps通信速率8 O! N+ t$ o; y' B4 X1 ]
  n( \5 [9 K1 g
2.2 STM32WB典型外围电路
" \, i. Q! D" v8 q! _8 P3 X" ?2 ~% V% `' [" k1 s
20200930110652529.png
; Y1 A( F( |3 X% L+ f
! ]9 k0 O2 x0 f( Q- M3 M
2.3 STM32WB RF输入/输出匹配网络$ W1 t3 C4 B( V
9 g6 o8 k$ V* H# G
20200930110754104.png
* G8 C. K9 M' K! _

3 K! B- V8 w. N9 S, Z  g一个Π型滤波网络加50Ω阻抗匹配。
$ j+ G) ?$ Y3 B5 g; L5 Q; C% [( ^/ P
3 电源管理
; Y! M/ G7 s: Z) e3.1 供电方案框图

& ]) Y5 G; Z/ p; N3 x* j2 b如下图所示,各个电源阈单独供电,在供电选择上有很大的灵活性。
7 m7 F: F, `8 |$ a
* @- v' t. A3 a
20200930111004948.png
' ]* U1 `* c7 M1 t2 l* p7 Z  |
) C) h2 A2 T5 M7 y6 h* A
3.2 内部SMPS
4 `  j& Z* J; U0 p6 Y* H5 }2 [
SMPS用于降低VDD电源( [: b5 Y; c0 H/ a8 |6 e$ Q
SMPS为数字核心和射频LDO供电8 Q# P0 r# |, l' m* B
当VDD电源高于BOR[1…4]阈值时,使用SMPS模式
& O2 |9 t# H' H  B5 p: G2 q$ g   低于此阈值使用旁路模式,支持及时切换
5 J0 c+ ]* J* W8 s# G   通过HW机制执行关闭,通过SW重新开启2 j! }, V3 B5 ~0 c
SMPS降遵循社保操作模式/ J8 P' S7 K# _7 }9 Q9 ~
  在Run和stop0模式下为On
+ Z( @. j, V% w  I1 b  在stop1 2 待机standby和关机shutdown模式下,SMPS自动处于开放模式,唤醒时自动恢复进入前使用模式
$ H8 U) d' {5 T, C- t, P3.3 电源配置7 H6 _9 _, d/ u/ s) `- S4 P
高性能使用SMPS9 m8 y2 c: g" u* G6 x
   通过添加外部电容和线圈,SMPS用于降低功耗
( c( a- R5 J0 S& J" k5 E, z% H- L6 n6 h! e; u2 v: ~8 h* _8 z& g
20200930112611960.png
7 i1 P7 B5 Y3 v$ z: h
, o! u/ J1 B! y0 [! Q! `7 m* `; N
低成本今适用于LDO
5 S8 @7 _8 ^) b8 J+ B: j   通过短接SMPS输入。LDO直接由VDD提供节省电容和电感成本,但是功耗会增加。
, H" K& H  I1 b7 e- D  ?. X+ D6 [; Z) u! y# B) ^
20200930112744994.png

  ~& j& ^- F1 ?: r5 u& P$ H( V! N2 Y5 ^/ M& v9 Y' {
3.4 SMPS原理图
& {1 A( R2 ~+ P* Y' ]( ?3 Q( j0 ~5 H9 f7 k2 w
20200930112824925.png
! i% ^9 n1 W5 D! v

6 K2 X7 a0 x7 a3 r  j9 _( i' {4 核间通信和安全管理8 ^6 b5 `0 }. B8 y# ~
4.1 HSEM

( x3 E$ m" D/ _" E; x5 [STM32WB集成硬件信号量模块,该模块用于同步进程和管理共享资源访问权限。具体如下。
# m8 z9 {% J5 k4 [4 @+ E! F4 ]" ~
管理和访问权限和同步
: J& H4 q4 k1 d/ F. `) b   运行于同一个cpu上的不同进程6 e! |  J3 f# H+ g1 h6 W) S6 N7 Q
   不同的cpu
8 l5 \) ~7 v, c1 G32个硬件信号量/ W) k6 e: {7 \* l1 e
两种锁定机制$ b( }9 J: a3 s0 S0 b/ L  r
   2-step write, read back lock, F! o; h9 M4 i* E+ n
   1-step read lock
2 \& {6 x7 |2 S" x# t6 Q/ |. r信号量释放产生中断" {. T# s2 P& G8 X
应用优势5 \+ ]9 C/ P5 l  c# w8 p. ~1 T
   防止共享资源访问冲突
+ U9 q4 L6 o8 I2 f/ S   确保进程之间的同步3 h  C* r: G3 j! A0 x4 _
   无阻塞信号量处理- X4 ~3 O# a% F2 D3 Y
4.1.1 HSEM框图' M, U! P2 v6 ^9 X% u/ g$ a$ w
HSEM模块位于AHB总线上,由AHB接口和中断管理构成,每个CPU都有一个专用中断,并且都有自己的使能、状态、掩码和清除寄存器。每个信号量由两个寄存器组成,一个读写寄存器,用于在两步锁过程中对信号量进行写操作并读取信号量状态,它也可以释放信号量;另一个是读寄存器,它用于一步锁过程中的读取锁。/ ?" d, ?& p3 `2 r+ B+ I+ D

4 g% Z+ I1 f4 J: a
20200930141938212.png

: @1 e  S$ |; l5 M  M/ a4 D; n% |8 [3 m- z3 Q
HSEM框图
6 Q' O; z. i* _
& p8 Y: S: B; \/ _" `4 _; O
20200930142349269.png
: \" f! E% t% x! U: h

+ d) O' Y6 m" O: d& p
2步 写-回读锁机制
5 U& t$ L- ?- a2 b; e6 I& z! ?

' y- n" x; g+ e
20200930142506381.png
1 Y2 ^$ N5 F, }5 v% Z8 K
1步 锁机制

. B% [( S7 z, c, O" ]3 }4.1.2 信号量使用 - 共享资源
& t. U' e7 U+ S* k. W两个CPU可以同时访问的所有外设都受硬件信号量保护,在访问此类外设之前,应首先获取相关的信号量并在使用完之后释放。
" n7 D6 m- l" A& c. P* n! n8 b5 |7 u% l* R- V$ l
VS1V)~6GWZ}_BSD0G([J`DF.png

' V) s- f1 E5 I/ \1 N7 _4 s6 @
, w/ t( f; i3 ~6 B' j: {- N2 v4.1.3 信号量 - 闪存写入和擦除
! F% J* i+ n& n7 g
要在闪存种写入,应用程序应该
+ M4 q2 y$ C9 X3 I   获取Sem2
- m3 W! j5 z! _0 R( Q& q$ J   写入闪存
1 w' ]& Z( G# ^: o/ B     释放sem2) a/ g: o$ c( h. E* _/ ^
擦除扇区,应用程序应该
4 k' \# q# k  ]* r" T+ B  i   获取Sem28 z, E. R$ X* s' P) q3 x+ w
   发送SHCI_C2_FLASH_Erase_Actiity(erase_activity_ON)命令给CPU2
9 F, m+ {  G9 q1 P. Q   擦除一个或多个扇区
: W/ P0 F3 H+ u! p    释放Sem2% g7 w% e1 L% y# @
   发送SHCI_C2_FLASH_Erase_Activity( erase_activity_OFF ) 命令给 CPU2
# I6 B5 v/ y1 F0 T( [9 ?, L4.2 IPCC
! d  F, z: s5 b" S/ i% z% d( yIPCC是核间通讯控制模块,它可以提供中断信令,允许微控制器以非阻塞的方式交换信息。
* ~+ G, g+ a* c7 B8 {+ n( ?0 L1 S" p
+ u* Z$ Y# L$ ~# @, T$ m为通信信道管理提供非阻塞信令
. n* z9 ~& T! U' A% h, c   消息可用性中断
, {/ c' V: P$ ]% d) ?   流量开启中断通知
  X' U2 D! \  U3 `3 s9 V& B3 M; m% t3 X2 E- h* v' _2 F
通讯方式3 C3 K* Y$ v! k! ]. t& Q# T* C! B% l- E
   单工:每个方向的专用通道
" y2 h. N, L, B2 C7 i   半双工:单个共享双向通道+ _$ h( N6 a3 X: @
, ~- R) S& j  N1 G3 S: z# _0 c
最多6个双向通道% e' E4 K: |) ?( `5 z
   通道数据存储在共享ram中
0 ]5 w9 e/ Q6 E" m5 z: h5 q( X$ y! Q. G) G% v
, V& r1 H% a6 U8 h' L
应用优势 ( [, x' V1 ~0 _% @" l8 v
   非阻塞信息交换. K5 z; f" K6 q$ L1 _7 Y3 E
   通道流量控制3 |6 u5 ]( Z8 W" k6 e- l  D0 {& g5 n* N
   支持CPU sleep和stop模式  A  T, ^0 W- [  n

) w: L; M+ D  g( g! }% M( `6 K
20200930145138448.png

+ k0 v' e! n9 c% l
' o& I& n  ~2 u' h4.3 安全管理
$ _& ?+ P' j( o3 A, ]
BLE外设可以安全使用以下外设
/ l9 U4 K! e7 d, J. Q# F5 Q   AES1(仅限IP加密密钥)用于应用程序的加密引擎# r$ u- V. x( ^$ o) T
   AES2(Full IP)用于IEEE802.15.4的加密引擎9 _$ w, g5 u4 x2 v- H2 S9 R- y6 B
   PKA(Full IP)用于加密密钥的生成4 V' |: d0 G' ^& Z4 ^1 O
   True RNG(Full IP)用于加密密钥的生成0 ]- ~8 f. w( N
. P1 n4 w8 l7 Y
对安全IP的访问由HSEM管理
4 ]+ S7 B' L' b% h   HSEM x,y,z用于管理共享安全外围设备访问3 k1 A' r3 o+ l) M

/ Z# C, v* B- C1 C- ^BLE堆栈提供以下加密密钥功能7 o* r% ~$ u' b+ a2 t
    密钥存储
2 _- c' C0 n) U: h( L    密钥更新
  g2 Q- @+ S  C  ?( \    密钥删除
, t; F* `- R* q6 q7 C# O    密钥加载(在AES1中)
; s4 U+ s+ ]# N; L. d3 H% W4.4 Cortex-M0+安全性
, Q8 c# f# p) y4 P% ~闪存的上半部分只能由cortex-m0+访问
7 }0 z! W9 ?  Z8 Q- p  ?   由安全选项字SFD和SFSA定义
. S. l$ a7 f1 r9 N( f' @4 h4 c5 G全局安全使能% u+ N7 i% V2 D5 g, @- k4 m' O
   允许通过安全选项字SBRD和SBRSA来添加SRAM2a上的部分安全性! ?9 n& W% ?% M/ g
   允许通过安全选项字SNBRD和SNBRSA来添加SRAM2b闪的部分安全性9 k6 E% ~. q7 b
   运行通过SYSCFG使能外设的安全性3 S1 d8 F  @" B# v0 D7 d" J

4 p# E. X. r1 m
20200930150204374.png
- \0 ?# w  P4 Z( e9 n( t

" X4 k; G* N* p' v# _, Q3 e; D+ x3 W0 t8 |
收藏 评论1 发布时间:2022-1-4 11:00

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1个回答
jcmaxx33 回答时间:2022-1-25 11:04:17

你好 请问文中的RF射频简介是引用官方哪个文档?

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