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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
- E+ S: `& e( M* C1 v- N' J1 t1.1 系统总览
0 Q1 z! V# z; X& I# m$ P( J
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。
, @& I4 H/ j) E. B9 P
# m; D, [8 h9 n
20200930104503435.png

( a+ w) e0 \. q0 V
( F( w/ I$ p: p5 H) u1.2 STM32WB总线架构" \+ a* ~! R( U3 k9 t, a6 z
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。; W6 m  M/ R! l- Q+ x1 e- @2 \

, ^. V, E% l. J$ H& ?) J
20200930104700362.png

5 z; r" `7 C: w! }1 B4 M
+ z3 J% r# {5 R3 d# p0 c1.3 总线矩阵
4 Z6 l- W5 f, {9 a/ N, Q7 C9 T, a% y% g8 f+ Z# {; E/ x
20200930105113141.png

3 f6 f3 H! Q9 ^3 f2 p4 U# d& J
1.4 存储分布# R4 S; O/ u# V! S, i- A$ r
3 ~' J1 s) P. B3 {( m' R
20200930105157465.png

+ {! F% j8 G5 n1 c
0 Z7 r# [' V7 Z1.5 STM32WB闪存特点
" z# B, K" a& Q5 c共享; n( W5 }1 ^6 B8 b" K
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。8 P. E" X' E% S# Y* Q) ?5 _& E; e
使用ART加速" S/ M7 e5 r0 K  j* \" s! h2 ~
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。$ q$ I1 s' q" }# ~* V# y

: m/ K) E1 \) S3级保护
1 P; u! C3 p" `: d/ J5 U级别0(无保护)至级别2(最大保护)
4 l; p: B) i2 ]7 o( _
! A! V$ ^0 J1 J: W限制
9 y! @! e  l1 R( N1 [. w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。+ Z$ X3 L! y: i" @

" Q# z2 _  f% l  `, V+ D) s2 RF射频简介6 I! p4 j3 ^( a: W: r$ v
2.1 RF参数简介

0 S8 g1 I( e0 Z- i! ]2 y模拟前端
( L4 m6 S+ l) l( F7 x最大输出功率
8 F, n, T' ], _; N4 R集成巴伦,6dbm发射功率,具有1dbm步进调节
5 p: ]/ Z6 D+ J专用引脚驱动外部PA,可以获得最大20dbm的输出功率0 E) b2 k4 G0 M1 m
" H/ b7 J- I$ B9 \. S6 H
接收灵敏度, v( S7 c4 {  h! ~' v
BLE:1Mbps @-96dbm, 2Mbps @-94dbm(250kbps和125kbps不支持)
3 A# @: I' J% x( m3 B  K/ x- y802.15.4:250kbps @ -100dbm
7 u8 A0 p; J, K5 \0 x  M$ c0 ^$ u+ a; m4 g
功耗@3.3V
4 v- ~+ E1 F) v: \: r  K! X( fTX:@0dbm:5.2mA
( ^' a3 Y' Q: Y! w% RRX:4.5mA4 ?, K- }( G) F8 q( I, O, q
stop2 with radio in standy (accurate clock LS12):1.8uA# L3 m% ~  a/ {' l" a  X$ f. R

- q9 M) x2 z3 e% x调制解调器
- i! l7 @1 ~3 ~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0 j7 F3 ?2 ?! M7 ~/ {/ g
IEEE 802.15.4 :硬件模式支持250Kbps通信速率6 k5 ?( ?( b; J

' D7 b4 m; S% G8 D! S2.2 STM32WB典型外围电路
& e" B  ~+ q' v$ I4 X5 ^. U0 Q/ r8 w! H$ G/ D, B+ q+ k5 t2 c
20200930110652529.png

8 ~/ L% ]" [- p
. z  b3 d6 Y  z0 n* k2.3 STM32WB RF输入/输出匹配网络! ]7 v: a% y: C! V) T' W

! j9 X3 ^; }; @5 u; u' x
20200930110754104.png
) h4 W* W/ N, i- j! J! Y1 |

  b% f7 o& R) e8 M7 b1 w一个Π型滤波网络加50Ω阻抗匹配。
& y4 R6 T1 t/ T7 H
8 N' t* C8 t) J3 电源管理
+ {# d2 c* g& \6 k0 T3.1 供电方案框图
6 m" H0 h0 ~' D- s
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。
9 m- a9 ^. c$ f, C7 h* i6 L! E- U
20200930111004948.png
7 N9 E2 ]) I0 v7 D) t4 }5 _: J/ [

& |/ o% |! N0 A* i% n. d3.2 内部SMPS
7 Y, S0 t2 |/ E
SMPS用于降低VDD电源
+ T- j; }; d: W# v4 FSMPS为数字核心和射频LDO供电$ I; g$ ^6 q5 j' v8 e, u- }
当VDD电源高于BOR[1…4]阈值时,使用SMPS模式- j8 F, c/ T  V* R6 z$ j
   低于此阈值使用旁路模式,支持及时切换
3 T0 s0 N( B6 c3 `   通过HW机制执行关闭,通过SW重新开启
2 ~( B* K$ H9 p' U& }+ N! |* ySMPS降遵循社保操作模式$ s& G4 C) \9 h  m+ j4 U
  在Run和stop0模式下为On1 C8 m; n1 M0 ?
  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
! i" N" w) N4 i: Q; d) E3.3 电源配置
/ ]3 P& J* ^  K4 e: P高性能使用SMPS# L! @+ Q. o+ b& \1 G4 _
   通过添加外部电容和线圈,SMPS用于降低功耗
- n/ T  }5 J3 i, A% N4 Q! X; K
: q; A( Q( V! k6 Z, d
20200930112611960.png

, H& s! S4 f$ V7 K0 h7 K: o( ?# R; l2 b
低成本今适用于LDO
5 u1 g2 H  `. ?5 o4 t   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。" O- ]5 o; D+ }, i+ U; F" _/ O
9 i: @! R* Z$ j6 v' d
20200930112744994.png

1 N  J# Q! L$ c. M0 G& N0 D. y1 p/ u" f. F9 u
3.4 SMPS原理图
) |- W. R* J- X; J" t) M" c, k8 M2 @9 k! z" s
20200930112824925.png

% ^) V. W9 J, h& T* J' O8 K5 w" \0 j- Z) t: M' h- E5 G  X6 r" J
4 核间通信和安全管理
) _' x) a; k+ w+ q4.1 HSEM

) d+ ~9 I# d# y5 E+ U0 iSTM32WB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。9 c( d6 b' [! |. ~  B
( ?- R1 g1 J2 [( K+ [( i% i- w
管理和访问权限和同步4 Q) b7 v6 t3 ]4 |7 M
   运行于同一个cpu上的不同进程9 F3 G/ |% G! o' k& |/ _# I' a
   不同的cpu
1 p  b- x4 h" G! N2 r' W9 w32个硬件信号量8 q; r1 d( _+ C; x- P( @9 ?2 E
两种锁定机制) K' |# v! a+ T1 D" I. c
   2-step write, read back lock
$ B3 V) I- p0 o+ Q# m2 V   1-step read lock7 {( B* W0 ~, ]2 _# Z
信号量释放产生中断" @4 @0 V4 W$ C6 P  s
应用优势& v( d( u" j) N/ F0 m
   防止共享资源访问冲突, s. c. |9 ]. b
   确保进程之间的同步2 I5 x6 h& L" \  Y9 Q
   无阻塞信号量处理
, V8 p, {- H3 Y; Q4.1.1 HSEM框图
" S% b2 M9 @( Y/ kHSEM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。- G  R% ^% q% ~" a, B! A) v; ?
% X3 J5 N( d' {8 T/ I
20200930141938212.png
- t  l! d/ m6 |* I6 v
$ s- j, `% a' d" {
HSEM框图

' ^3 o( c& ]+ s0 A! M" l/ f
8 F2 ]% R- w& D: [* b( K
20200930142349269.png

; j% P6 `1 H+ G# K, U( E7 H* I1 {2 n9 Z: s" j6 D0 Q
2步 写-回读锁机制
" w$ G5 r0 i( ]' e

' x7 J' o# @) W/ i& |7 M! ~
20200930142506381.png
5 J# D& c2 v9 y0 G6 ]0 j* m. G5 @
1步 锁机制

6 s& S4 q3 ]% c/ Y0 C7 L" \7 w  b4.1.2 信号量使用 - 共享资源
/ B3 w( v6 a5 S) a: Y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。/ {9 v3 I6 Z4 ]( z, R6 r6 W

. `! u& G" u! R3 V* f5 [. n/ g
VS1V)~6GWZ}_BSD0G([J`DF.png
3 b4 `5 l" P1 _0 l* \
0 E: w  A+ J9 @6 }
4.1.3 信号量 - 闪存写入和擦除
- ^- ?% u& A2 \; G" c
要在闪存种写入,应用程序应该: C/ o4 C, t' [5 v! y
   获取Sem23 T8 _! z) E) Y- A/ _1 n
   写入闪存" D; e* G1 C4 h+ Q
     释放sem2
# a. F: y$ A- Q5 n# E擦除扇区,应用程序应该$ h2 B2 E1 {+ f
   获取Sem2
6 R/ @  ]! v( |6 O   发送SHCI_C2_FLASH_Erase_Actiity(erase_activity_ON)命令给CPU2% y6 l$ t2 R# e. \& t0 T
   擦除一个或多个扇区; s1 b$ k4 v; |- O' O
    释放Sem2
. ]' p% j1 g- c6 g1 V   发送SHCI_C2_FLASH_Erase_Activity( erase_activity_OFF ) 命令给 CPU27 s2 \6 z/ m7 h
4.2 IPCC
# _% b" ^( k* A, r) _/ e/ K9 sIPCC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。
9 `9 f, H* f! a% h2 j
% G7 r; W) S/ x9 F为通信信道管理提供非阻塞信令
) |4 r2 P5 h1 G# D) m1 K   消息可用性中断1 y# B$ N- ~% Z7 U7 N: ~# n  y
   流量开启中断通知
  L+ F! a7 @! R& q5 s7 }6 ?1 u
! r; Y+ t. n5 `$ o8 M( T" D( Y. z通讯方式
5 A- J9 b) f' b! a5 H$ [   单工:每个方向的专用通道  p" ~4 B% _# s4 u4 m3 J
   半双工:单个共享双向通道
& k0 K, V* T, M2 Z8 q, z" z( f- V9 v$ X( J/ e& h
最多6个双向通道+ Z( a) ~3 l* n
   通道数据存储在共享ram中# z1 d1 c! I0 Y# A
7 H, T  D2 ^9 O* y4 b( g' p% B

/ P1 t& J" z) u" Z; F应用优势 * k0 y6 h& d" N; [' L( A/ b0 j
   非阻塞信息交换
" f- A, m- l) C8 j1 S1 n$ r4 V   通道流量控制
0 K6 a3 U3 a  z$ u: ]( h& K; {/ z9 ?   支持CPU sleep和stop模式
  g4 P! {0 R  W9 t5 _
4 H: X. H7 z  K  D! \
20200930145138448.png

+ _4 ^% A( A6 C/ l
2 m: R6 i5 K# u) J! s8 a6 r4.3 安全管理
8 d. _8 U; [3 T& |( `
BLE外设可以安全使用以下外设
! ?7 m- k. g- \) Z  U: L   AES1(仅限IP加密密钥)用于应用程序的加密引擎
; ~( H9 `6 r0 F/ Z, ^   AES2(Full IP)用于IEEE802.15.4的加密引擎* W( K& ]3 y& g* A  G2 ?5 f6 E
   PKA(Full IP)用于加密密钥的生成$ {8 i* V7 w8 ^/ p9 m+ {
   True RNG(Full IP)用于加密密钥的生成$ M0 n+ P; t4 A$ d( `7 C

# ]1 j1 n+ {9 i. C对安全IP的访问由HSEM管理4 R: e3 I9 l7 I
   HSEM x,y,z用于管理共享安全外围设备访问6 T( z: Q% O& x' ?, k

6 A& J2 m) h3 m5 B. ?BLE堆栈提供以下加密密钥功能0 ?( J) n6 F1 o/ {% x; h3 W
    密钥存储4 Y) k! I; s8 ]. i, @5 ^. b& w
    密钥更新
0 ~8 }$ ?7 a7 q; l5 z( a    密钥删除) B% y( Z+ r; m$ \' ~) O: \
    密钥加载(在AES1中)
! P9 x2 D. W0 a: I4.4 Cortex-M0+安全性9 \* |  z$ V; [. s9 Q1 L2 @
闪存的上半部分只能由cortex-m0+访问
* D5 K9 p& G5 `3 e3 g8 |! |7 p   由安全选项字SFD和SFSA定义% ?- X; l. F$ r7 g
全局安全使能; f) {7 t& O3 D& i% s! Y+ z( ]' g
   允许通过安全选项字SBRD和SBRSA来添加SRAM2a上的部分安全性
8 j% s% l7 }, l) _. R   允许通过安全选项字SNBRD和SNBRSA来添加SRAM2b闪的部分安全性
3 K- \2 X0 d% s4 V   运行通过SYSCFG使能外设的安全性/ L( l. G4 H' R/ Q" ^( z8 A5 v
& a+ b$ ^. j0 [( w; L! O" Z5 B# o
20200930150204374.png
4 t4 C$ Q" S. o- k

% C) C8 g4 U  \% p( ~/ w2 m
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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