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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
; R, S. V/ S' k! V& C8 i0 g1.1 系统总览
' E% N- P- W% Z7 z% b
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。
+ u6 {/ \& T. {, h4 Y( H, I! ~! g0 N, I5 Q, b
20200930104503435.png

) k2 {  b  c3 |7 J( E
- @4 I/ o9 C7 I' y, b1.2 STM32WB总线架构
. {) T; C+ Q/ k3 y5 H  t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。
) t. t) I9 V2 z: T, i  |* V: y& ]- S
3 I" q+ z6 ^& F. E: g6 F% s
20200930104700362.png
" Q: k- `  ~) J1 R" @/ c+ C' c6 y& [5 m

8 e3 `5 \4 c' d$ h1.3 总线矩阵* A; {& \- p6 W- i
! C( h1 P8 Q% B! W' \0 A1 E
20200930105113141.png

6 B- g. n  Y" {+ B& y$ c% v) ~/ G5 P) T8 l$ J/ s9 g0 M
1.4 存储分布
' L6 T( R1 D; L" a
3 p6 S+ h) i( T+ `7 Y+ x
20200930105157465.png

* R5 q) Y$ G' d7 n9 ?5 p3 T
- Q' K2 Q0 I! l& e$ ?, i1.5 STM32WB闪存特点
( t( w$ ?! T0 [共享) |, ~2 i; p3 @' }% A; k' ?) l2 ~! z% p
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。0 X% z: `# E( {; i, T+ [* U
使用ART加速* a/ U7 ~' T7 P# p* G# T" c
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。' Q6 r; p( E& H! V/ X* `/ E1 ]* p

4 U# R; w  [( b1 x# s6 e9 Y0 P3级保护/ g' L6 l# v1 H3 J2 s6 P
级别0(无保护)至级别2(最大保护): V9 ]1 r% ?; N0 A# |) k

% \. f: {' ]' f* `4 t限制
# r8 i: c9 h9 q* N2 U! f' h8 B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。
. @, N1 m! x$ t/ R6 [
% Q, R$ t  u6 _1 S( i$ M; w) }2 RF射频简介
' l) J% O; ?# j2 v2.1 RF参数简介

* R5 |) D* ]! C7 x5 s0 n6 v# M模拟前端
, D- E; S- `+ v) f. v3 \! v最大输出功率
2 O$ v2 Z4 l) G7 i7 V" Y; G  z# p6 G集成巴伦,6dbm发射功率,具有1dbm步进调节
' A2 e0 h# R; v! |3 T( @专用引脚驱动外部PA,可以获得最大20dbm的输出功率. E& c9 N4 `1 M8 l

! \$ S* D: ~# M$ e, J3 G接收灵敏度
" l& `% O: q1 h, ]+ MBLE:1Mbps @-96dbm, 2Mbps @-94dbm(250kbps和125kbps不支持)
& ?- [9 m4 c- y3 a% d5 q802.15.4:250kbps @ -100dbm9 ]1 M! D% n) Q5 J1 i
1 A/ j: b$ r0 M# {4 }* a2 K% p0 z, i
功耗@3.3V
" a4 N: n! S$ X9 J! P* }TX:@0dbm:5.2mA# j/ q& }8 J  z% A
RX:4.5mA( A, A3 P+ `2 v  I+ ]5 _
stop2 with radio in standy (accurate clock LS12):1.8uA
8 ]- O. Z4 Y* z7 k1 X0 L; g% r( {4 x! E( u# f
调制解调器5 k9 e& p7 p# v3 [. N; A$ h& E. y. T+ n
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
$ f' X: d3 X7 @- g9 y0 H& f- V. zIEEE 802.15.4 :硬件模式支持250Kbps通信速率$ H2 p5 v7 t- b* m! e
) q, h( z  i1 m! {
2.2 STM32WB典型外围电路) t( _; e) @8 ]. a/ r3 g

2 M7 O- u1 c) C" m" n3 @4 h8 l+ b
20200930110652529.png
. U* N$ k+ F9 Q* ~3 q
* M% ?1 \: y1 q/ }" }
2.3 STM32WB RF输入/输出匹配网络, U% q2 m3 ~6 {

0 Q3 U$ E# D3 }6 r
20200930110754104.png
. X# A2 P0 |& D3 y6 g
+ G" Y: }7 Z: }
一个Π型滤波网络加50Ω阻抗匹配。. k* |- h, p9 c; A
, |2 r1 q6 `( P4 k# d
3 电源管理
2 p8 i& Y* U% w& i- f6 Z: x& ?; d3.1 供电方案框图
: j3 I3 U: C! l
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。. c8 {# G" V6 K

# `% `/ s5 J2 I  Y+ D- n& @
20200930111004948.png
8 \6 `  I6 B( y; s* ]7 c

  S: M+ J" [: B' p3 L4 \3.2 内部SMPS

8 {% S, j$ H3 Y/ x! mSMPS用于降低VDD电源0 }% M/ O% X$ e: M7 \
SMPS为数字核心和射频LDO供电
# F3 w9 K* @. X8 T& L. r& q当VDD电源高于BOR[1…4]阈值时,使用SMPS模式
/ _2 ]- u' l" X, f3 K   低于此阈值使用旁路模式,支持及时切换  d2 [( C& Y1 p6 ^
   通过HW机制执行关闭,通过SW重新开启4 ?9 h# e" ~: ?1 k  r
SMPS降遵循社保操作模式5 H) ]1 f' q4 k) ~) o9 Y  M
  在Run和stop0模式下为On- ^/ I1 f- `9 U: }" f& h7 j
  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5 D: W( L* Q$ O. V" L/ Y& l
3.3 电源配置8 N) H5 q' p- Q: z6 P, P
高性能使用SMPS
" i3 j5 ~5 P" e. ?  [   通过添加外部电容和线圈,SMPS用于降低功耗" j! V# U0 T- w" `# s
2 a! ]+ m8 N. J4 t. o9 O
20200930112611960.png

; w. o8 C: G) T& d* u- k: ~* O- U: v0 H" W2 D) Q# o. V, o, J
低成本今适用于LDO
" N7 {3 k. e) G" v0 z. I9 e   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。
+ I9 s2 c8 ~4 Z  @& S3 B; v- z. y- v  {6 ^9 c5 J) ^
20200930112744994.png

. m9 L  N) b6 u* ]) f( |0 o" T" [
4 X3 L2 m5 f' m2 L* c. }9 h3.4 SMPS原理图
! O" c4 }1 @% q+ ?" B8 H- @7 g: O$ S
20200930112824925.png
/ v, H8 t* o3 d% N

/ n+ B( V7 b; u# e6 ]) v4 核间通信和安全管理
# _8 q: H. Z2 x4.1 HSEM

2 X' l" F! N' XSTM32WB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。: P. W0 a; N4 j( N2 M

' i, _5 r6 A4 H1 J) i管理和访问权限和同步8 V5 D6 E0 _- A2 O# i4 v! ?
   运行于同一个cpu上的不同进程
7 ^# u; o1 n. h$ n% ^7 V   不同的cpu* f% Z0 D* D) [1 _5 k
32个硬件信号量
4 S8 }8 _8 R% v6 `两种锁定机制  u6 t- \3 d& @$ m, D2 U" D
   2-step write, read back lock
8 ]+ s$ T- `; ]( f$ R9 W: H   1-step read lock
2 z( |+ d/ u: I& r8 `& w信号量释放产生中断0 ^' }+ I& A, R
应用优势
9 E2 H! U: E, Y7 D% q   防止共享资源访问冲突3 {' Y! G) s+ _3 V( f9 L
   确保进程之间的同步' y0 {* w3 }/ E' D
   无阻塞信号量处理+ t4 h- l+ U1 L" ^6 y* c7 [0 t- F
4.1.1 HSEM框图
1 m7 q9 F3 i# @. F( THSEM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。( S/ ?& ~! a0 `. M+ t, x- \8 B  m
; ~; b& R) J" D& [; S" `
20200930141938212.png
6 T6 P7 X" u4 R9 x- ^6 p

1 H4 \- `0 f) T1 {0 J
HSEM框图

3 q/ C; i' D" J0 ^6 B
. @1 @7 X' X  r6 @( B& q
20200930142349269.png
) ~# r7 m5 W( L- Y

* l0 R) |' n2 u+ w, }
2步 写-回读锁机制

' Q5 Z, m4 A. [0 N# G7 U" N+ R
- L: g4 W; l( P6 j) l
20200930142506381.png

. M) y- J5 x* s! j. C" o: @
1步 锁机制
/ p. Q) c$ B; q
4.1.2 信号量使用 - 共享资源
  b0 L3 w5 F* `( n8 ?* 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。4 k! K1 o: n' I( Y2 d4 r
3 x/ a# y4 m' [! W7 H1 R
VS1V)~6GWZ}_BSD0G([J`DF.png
/ D1 o* \6 W8 K; q9 n4 J( z# g
" D) t- X  [. U$ |
4.1.3 信号量 - 闪存写入和擦除
. \9 v' v/ C- n! v, s) O7 K, g# G& ], o
要在闪存种写入,应用程序应该
; N3 ]. C: E4 q   获取Sem26 w% F* Z9 q. N/ k/ M5 c5 O1 n, ^) o7 I
   写入闪存' M9 |% x. F, ?* B% s
     释放sem2
4 @. {5 L- @! X5 m5 @& `) f- _/ r擦除扇区,应用程序应该) ], s, l6 f0 d7 m* t3 @7 M
   获取Sem2$ J" L+ v" O- ]7 H$ K( w* [( u# A
   发送SHCI_C2_FLASH_Erase_Actiity(erase_activity_ON)命令给CPU2
1 R, G1 G. H9 w( h   擦除一个或多个扇区
- j2 `7 x/ c  s9 q: }    释放Sem2! n/ e) N) W! i
   发送SHCI_C2_FLASH_Erase_Activity( erase_activity_OFF ) 命令给 CPU2
4 @2 Z# e( l2 r6 y2 g4.2 IPCC
( \! m# I: C- u5 l7 QIPCC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。
0 h: s. W" I& D0 B6 v3 t9 ?+ z' ~0 w: a& O; X
为通信信道管理提供非阻塞信令
# r$ X- v1 M3 m9 Y+ E: R   消息可用性中断
3 w7 J. u: D7 S4 [) h, B   流量开启中断通知
4 [8 S' g& A7 o, h" Z* \. ]
& j: ]8 s' j6 O5 q3 H通讯方式
, f* N7 C* ~0 [  c4 x3 c* y0 k   单工:每个方向的专用通道8 a3 A+ e$ W3 g- D& w- A
   半双工:单个共享双向通道
; P! {- D/ N1 n; i, j# J
1 K9 E& z) k) _最多6个双向通道
5 K; h8 ~( l& L2 q   通道数据存储在共享ram中0 [1 V$ h" S7 |  r- @( n

; h2 a+ l; f+ E* }
' v6 Y( S; P; U0 I/ _9 L- c应用优势
; X6 [& h. o: b. X$ _/ Q   非阻塞信息交换9 Y0 ~) n- w; x4 c8 o& q, _
   通道流量控制
( Y2 V+ M& o# N: f6 _   支持CPU sleep和stop模式9 G* b2 S7 P% R8 \+ V
' a5 N3 S4 u3 q" U% p! v& v
20200930145138448.png

3 p7 |/ p8 x+ {6 ^& s
" L, q1 a8 F6 j" }& ?  S3 U; N4.3 安全管理

3 {% B9 c1 \) d& d! k! bBLE外设可以安全使用以下外设
4 g6 \& [/ k1 [   AES1(仅限IP加密密钥)用于应用程序的加密引擎& m/ ~  H. L. w
   AES2(Full IP)用于IEEE802.15.4的加密引擎
& c5 M. N0 b$ V8 B   PKA(Full IP)用于加密密钥的生成. H$ m4 a" B0 o% I  e
   True RNG(Full IP)用于加密密钥的生成2 h/ j1 c6 R5 G- e% `
5 H  T8 k0 |' J
对安全IP的访问由HSEM管理
+ z- @- T4 W9 g- F( s7 P   HSEM x,y,z用于管理共享安全外围设备访问
% O0 P, f  k0 [% s4 G& }
/ E4 N8 b# X7 A7 x5 d$ ]" g+ {. xBLE堆栈提供以下加密密钥功能
# k; B3 C( ?3 y! c! J4 g    密钥存储
0 }9 L  h4 q, Y' [    密钥更新( \) {! l( E- k6 `  \
    密钥删除
0 A4 b) y2 Y, E    密钥加载(在AES1中)
/ d  X' y& q# h' N4.4 Cortex-M0+安全性5 S- g0 @6 ~8 \( L8 Y6 H
闪存的上半部分只能由cortex-m0+访问
6 @; C# y# K' t' j( O2 h' O   由安全选项字SFD和SFSA定义+ a5 ~! y8 o' G- Q( j
全局安全使能, |! f! g( ^, f( R
   允许通过安全选项字SBRD和SBRSA来添加SRAM2a上的部分安全性  Q0 q4 d+ t. c: Z4 v
   允许通过安全选项字SNBRD和SNBRSA来添加SRAM2b闪的部分安全性2 v4 M6 b& p2 L7 u  p+ c0 Q7 Z
   运行通过SYSCFG使能外设的安全性
' e: x# E& Y; f, _0 S" O2 C1 S4 ^6 P8 A* m" S( O- u: g4 ^. p" k
20200930150204374.png

" F3 H; {& H: ~+ T' D3 P
2 I3 }$ n% I: U, k% @5 r8 V
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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