STM32的護(hù)城河：內(nèi)求于“芯”，外筑于生態(tài)

通用MCU的成功與否，產(chǎn)品本身PPA固然重要，但除此外很大程度上取決于開發(fā)生態(tài)。生態(tài)的繁榮可以讓其中的每一位參與者受益，當(dāng)然也會(huì)反哺到MCU產(chǎn)品本身，影響到新的產(chǎn)品定義和走向。在2023年STM32峰會(huì)上，我們有幸采訪到了邁斯沃克軟件（MathWorks）、凡億教育（Fanyi）、奇格半導(dǎo)體（Chirker）和盟通科技（Motrotech）四家分別來自軟件仿真、教育培訓(xùn)、芯片燒錄和工業(yè)以太網(wǎng)領(lǐng)域的ST MCU合作伙伴，看看他們是如何參與到STM32的生態(tài)中來的，又是如何看待新一代STM32的發(fā)展。

MATLAB+STM32Cube：實(shí)現(xiàn)從模型到硬件的開發(fā)無縫銜接

MathWorks是大名鼎鼎的數(shù)學(xué)計(jì)算和基于模型設(shè)計(jì)的軟件供應(yīng)商，該公司提供的MATLAB和Simulink兩大軟件覆蓋了幾乎全部的工程學(xué)領(lǐng)域。而在與STM32的合作上，兩者也是由來已久。

據(jù)邁斯沃克軟件中國通信、電子和半導(dǎo)體行業(yè)市場經(jīng)理陳曉挺介紹，MathWorks和ST的合作有幾個(gè)方向：第一，MathWorks的軟件是被意法半導(dǎo)體工程師廣泛使用的，包括研發(fā)和應(yīng)用工程師；第二，雙方有很多共同的客戶，在支持共同的客戶方面有一些合作。第三，雙方最近幾年開展了很多的技術(shù)合作，比如相互進(jìn)行工程師培訓(xùn)等。第四，參與到了相互的市場活動(dòng)中，把最新的技術(shù)帶給用戶。

圖：邁斯沃克軟件中國通信、電子和半導(dǎo)體行業(yè)市場經(jīng)理 陳曉挺

電機(jī)控制是MCU常見的應(yīng)用，而近年來電機(jī)控制本身的難度越來越高，算法也變得越來越復(fù)雜。如何做好電機(jī)控制，對于不少工程師而言都是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。而借助MATLAB的軟件仿真，就讓用戶能夠快速基于STM32做電機(jī)控制。

在電機(jī)控制的方案設(shè)計(jì)中，ST提供了主控MCU、電機(jī)外圍電路等相關(guān)的解決方案；而MATLAB在客戶的設(shè)計(jì)過程中提供了很多典型電機(jī)控制算法的支持?！翱蛻糁灰玫紻emo就聯(lián)合ST硬件快速地開發(fā)自己的新的算法，”陳曉挺介紹到，“在MATLAB仿真結(jié)束之后，可以自動(dòng)生成面向STM32芯片優(yōu)化的代碼，這個(gè)C代碼是可以從MATLAB模型直接生成導(dǎo)入到STM32，實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整的電機(jī)控制過程。”

MATLAB對于使用STM32進(jìn)行電機(jī)設(shè)計(jì)的工程師而言，首先最直觀的好處就是自動(dòng)代碼生成，不會(huì)引入手寫代碼的錯(cuò)誤；其次在做仿真時(shí)可以做大量的故障注入。相比在硬件上實(shí)現(xiàn)真的故障測試，通過模擬故障來進(jìn)行保護(hù)性算法的開發(fā)和測試，要便捷和高效的多?？傮w來看，采用MATLAB基于模型開發(fā)流程會(huì)幫助開發(fā)者將電機(jī)控制系統(tǒng)做的更完善和高效。

此外，在MCU的端側(cè)AI開發(fā)上，ST和MathWorks的軟件也可以實(shí)現(xiàn)很好的開發(fā)流程的連通。據(jù)意法半導(dǎo)體微控制器市場經(jīng)理丁曉磊 (Lisa DING)分享：跟MATLAB的合作，使得開發(fā)用戶可以從前端模型數(shù)據(jù)中進(jìn)行模型的選擇和訓(xùn)練，一直到能夠生成ONNX格式的模型之后，再用ST的Cube.AI做在STM32上的發(fā)布部署，這樣就會(huì)形成更加優(yōu)化的模型。從模型的訓(xùn)練、優(yōu)化到部署，整個(gè)一套端側(cè)AI開發(fā)在STM32平臺(tái)上就會(huì)更為順暢、更容易實(shí)現(xiàn)落地。

圖：意法半導(dǎo)體微控制器市場經(jīng)理丁曉磊 (Lisa DING)

MCU人才培養(yǎng)：在案例中學(xué)習(xí)知識(shí)，在應(yīng)用時(shí)吃透原理

從十多年前的51單片機(jī)，到現(xiàn)在的STM32。我們可以看到通用MCU的產(chǎn)品形態(tài)發(fā)生了很大的變化，變得更智能、更復(fù)雜。而在其開發(fā)流程上，是趨于更加高效便捷的發(fā)展。而且當(dāng)下對于一款MCU而言，入門級別的基礎(chǔ)教程，芯片原廠就可以提供非常好的學(xué)習(xí)內(nèi)容。對于MCU的應(yīng)用工程師的培育而言，更重要地是貼近應(yīng)用端去進(jìn)行培育。最終目的是要求其在對自己所需應(yīng)用需求調(diào)研清楚的基礎(chǔ)上，能夠快速實(shí)現(xiàn)開發(fā)，加速終端產(chǎn)品的開發(fā)時(shí)間。正所謂是在案例中學(xué)習(xí)知識(shí)，在應(yīng)用時(shí)吃透原理。

而作為深耕嵌入式人才培訓(xùn)的凡億教育，也是早就察覺到了這一變化?！凹僭O(shè)我們在教一名同學(xué)學(xué)習(xí)單片機(jī)，如果一節(jié)課是十分鐘；那在十年前，我們可能需要在前面五分鐘要教他怎么配置I/O口，后面五分鐘才會(huì)跟他講應(yīng)用。但是現(xiàn)在，我們就只需要花兩分鐘教他去配置I/O口就夠了，后面八分鐘我們都會(huì)講應(yīng)用。所以現(xiàn)在的教學(xué)相對會(huì)更貼近實(shí)際應(yīng)用?！狈矁|教育專家級講師、高級硬件工程師、上市公司研發(fā)顧問陳俊祥分享到。

圖：（左）凡億教育專家級講師、高級硬件工程師、上市公司研發(fā)顧問 陳俊祥; （右）凡億教育總經(jīng)理鄭振凡

要培育出當(dāng)代所需的MCU應(yīng)用人才，更需要MCU原廠能夠和培訓(xùn)機(jī)構(gòu)達(dá)成緊密的合作，雙方可以共同提供一套和實(shí)際市場應(yīng)用相配合的培訓(xùn)體系，并且能夠幫助實(shí)現(xiàn)高校學(xué)生向企業(yè)人才的順暢輸出轉(zhuǎn)換。

基于這一共識(shí)，凡億教育和ST聯(lián)合推出的《嵌入式硬件》課程，基于“微流控技術(shù)項(xiàng)目”進(jìn)行了從完整的課程規(guī)劃。據(jù)陳俊祥介紹，微流控技術(shù)項(xiàng)目可以簡單認(rèn)為是用電去控制液滴移動(dòng)的項(xiàng)目。該項(xiàng)目可以應(yīng)用在醫(yī)療、化學(xué)、生物等自動(dòng)檢測的項(xiàng)目上，具有很高的實(shí)用價(jià)值。學(xué)員通過該項(xiàng)目可以實(shí)實(shí)在在地學(xué)習(xí)到整個(gè)項(xiàng)目的開發(fā)過程，同時(shí)也能從中可以學(xué)習(xí)如何解決產(chǎn)品設(shè)計(jì)實(shí)際問題的方法。

此外，該項(xiàng)目的難度適中，而且學(xué)習(xí)成本較低。通過凡億教育提供的開發(fā)板和課程就可以直接開始學(xué)習(xí)。開發(fā)板中已經(jīng)集成了很多信號處理和檢測的功能，學(xué)員并不需要額外采購復(fù)雜昂貴的儀器設(shè)備，整個(gè)調(diào)試過程都可以獨(dú)立在自己家中完成。從而實(shí)現(xiàn)了學(xué)習(xí)成本的大大降低，但同時(shí)也可以達(dá)到貼近實(shí)際應(yīng)用需求的學(xué)習(xí)和實(shí)踐體驗(yàn)。

從燒錄服務(wù)到工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)，安全驗(yàn)證必不可少

奇格半導(dǎo)體是一家從燒錄器、燒錄服務(wù)，逐漸成長為一家為客戶提供全面工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)解決方案的公司。早期奇格半導(dǎo)體提供STMCU的燒錄器給到STM32的用戶，而在現(xiàn)在其工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的方案中，也大量選擇了ST的NFC和安全驗(yàn)證芯片。奇格半導(dǎo)體總經(jīng)理周亞興表示，“奇格半導(dǎo)體其成長的過程中，一直基于ST的生態(tài)鏈發(fā)展，而現(xiàn)在也服務(wù)于ST生態(tài)鏈?！?

圖：奇格半導(dǎo)體總經(jīng)理 周亞興

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的挑戰(zhàn)在于聯(lián)網(wǎng)之后，對于信息安全的要求更為苛刻。如何保證客戶的代碼安全不被竊取，保證燒錄底座和工業(yè)物理網(wǎng)系統(tǒng)的匹配？芯片加密燒錄座必不可少。據(jù)悉，芯片加密底座是由芯片和主機(jī)進(jìn)行身份認(rèn)證，通過后方可進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。奇格半導(dǎo)體在每一個(gè)編程器的燒錄座中都部署了一個(gè)STSAFE的安全驗(yàn)證芯片，通過該芯片來進(jìn)行系統(tǒng)和燒錄底座之間的匹配驗(yàn)證，只有通過認(rèn)證或授權(quán)合法的設(shè)備才可以進(jìn)行代碼訪問。

據(jù)意法半導(dǎo)體安全連接事業(yè)部市場及應(yīng)用部市場經(jīng)理高麗（Linda GAO）介紹，奇格的燒錄器方案中使用的STSAFE產(chǎn)品是顆金融級EAL5+的加密安全芯片，支持安全傳輸協(xié)議（TLS）以及私有證書的校驗(yàn)。通過校驗(yàn)芯片內(nèi)部存儲(chǔ)的基于非對稱加密體系生成的證書，實(shí)現(xiàn)安全鑒權(quán)，以保護(hù)，燒錄器的硬件不被抄襲，以及軟件的代碼不被篡改，從而保護(hù)傳輸?shù)皆贫说臄?shù)據(jù)的安全以防止在云端傳輸過程中有非法設(shè)備介入到設(shè)備中，提供傳輸?shù)陌踩珜拥谋Ｗo(hù)。

圖：意法半導(dǎo)體MMS市場及應(yīng)用部市場經(jīng)理 高麗 （Linda GAO）

而除了安全加密之外，在操作人員的身份鑒權(quán)方面，奇格半導(dǎo)體也繼續(xù)選擇了ST的NFC系列高端產(chǎn)品。該芯片是市面上為數(shù)不多的獲得EMVco3.1的金融級別認(rèn)證的芯NFC片，而且ST是第一家通過該認(rèn)證的。該NFC產(chǎn)品的優(yōu)勢在于輸出功率高，同時(shí)穩(wěn)定性又很好，在讀取距離和性能上可謂是可圈可點(diǎn)。

據(jù)周亞興分享，在工廠生產(chǎn)流程中的“人機(jī)料法環(huán)”環(huán)節(jié)中，通常很多NFC的發(fā)射區(qū)需要接hyper來進(jìn)行信號拓展。而基于ST大功率發(fā)射NFC方案，人到機(jī)器附近就能感應(yīng)到了，就不需要額外再接一個(gè)hyper和配置外接電源，從而將整體方案的復(fù)雜度進(jìn)一步降低。目前奇格基于ST的NFC方案在工廠里已經(jīng)驗(yàn)證成功，下一步計(jì)劃是把整個(gè)模塊生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化，之后再推向更大的市場。

通過與ST的深入合作，奇格半導(dǎo)體已經(jīng)從燒錄器設(shè)備廠商、向燒錄服務(wù)商、數(shù)字工廠方案、全面工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)商完成了轉(zhuǎn)型。周亞興表示，奇格的業(yè)務(wù)段是在ST芯片封測之后，將整個(gè)制成段中所有資源整合到了一起。從工廠基礎(chǔ)的流程化管理、信息化、數(shù)字化管理，再加上自動(dòng)化的設(shè)計(jì)+投入，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)生態(tài)鏈的整合。不管是價(jià)格還是服務(wù)可拓展性，都把整個(gè)燒錄產(chǎn)業(yè)化拉到了一個(gè)新高度。

工業(yè)方向新機(jī)遇：網(wǎng)絡(luò)化、智能化、數(shù)字化

盟通科技是一家專注于工業(yè)通信領(lǐng)域的研發(fā)型公司，始終聚焦CANopen協(xié)議，在以太網(wǎng)實(shí)時(shí)總線成熟后，業(yè)務(wù)領(lǐng)域從CANopen拓展到了EtherCAT，后續(xù)又引入了OPC UA和Ethernet/IP產(chǎn)品系類。在基于ST的MCU和MPU產(chǎn)品上，盟通科技已經(jīng)有了很多深入的方案，并且實(shí)現(xiàn)了落地。

圖：北京盟通科技 技術(shù)總監(jiān) 張曉朋

據(jù)盟通的技術(shù)總監(jiān)張曉朋介紹，在最近三五年甚至更長的時(shí)間內(nèi)，企業(yè)在網(wǎng)絡(luò)化和數(shù)字化轉(zhuǎn)型方面還存在巨大的市場機(jī)遇，隨著企業(yè)完成了這一轉(zhuǎn)型，未來的發(fā)展方向一定仍以智能化和柔性化制造方式為主旋律。盟通科技在CANopen上有著豐富經(jīng)驗(yàn)，2014年開始，在國內(nèi)進(jìn)行EtherCAT客戶支持，目前服務(wù)超100家客戶。國內(nèi)市面上大部分機(jī)器行業(yè)的龍頭企業(yè)，采用的就是盟通科技提供的EtherCAT主棧。盟通科技做的EtherCAT主站協(xié)議棧能很好適配STM32 MPU和高性能MCU芯片，在工業(yè)PLC、工業(yè)通信、工業(yè)控制等領(lǐng)域很受客戶歡迎。

圖：主站EC-Master

盟通科技的軟件架構(gòu)和ST的產(chǎn)品相輔相成，兩者合作必然非常緊密。每一顆ST新產(chǎn)品的面市，都需要對其進(jìn)行專業(yè)的驅(qū)動(dòng)和操作系統(tǒng)優(yōu)化，從而實(shí)現(xiàn)EtherCAT功能的實(shí)現(xiàn)。像ST在今年量產(chǎn)的STM32MP13系列MPU，盟通科技已經(jīng)在今年年初完成了新的適配工作，可以即時(shí)提供客戶。

據(jù)意法半導(dǎo)體微處理器產(chǎn)品市場經(jīng)理霍筍（Sunny Huo）介紹，在此次STM32峰會(huì)上，ST最新發(fā)布的STM32MP2系列，將在網(wǎng)絡(luò)通信能力上進(jìn)一步增強(qiáng)，提供三路千兆以太網(wǎng)，而且支持最新的TSN標(biāo)準(zhǔn)，在工業(yè)網(wǎng)絡(luò)方面為用戶帶來更多更強(qiáng)的通信的實(shí)現(xiàn)。而從智能化方向來看，MP2系列芯片產(chǎn)品選擇了兩顆Cortex-A35 1.5GHz的CPU，還有一個(gè)Cortex-M33 400MHz的MCU核；包括集成了AI專用NPU，提供1.35TOPS算力?；诮衲?月新發(fā)布的STM32 MP13系列產(chǎn)品，以及即將發(fā)布的STM32MP2系列產(chǎn)品，在工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的生態(tài)上，ST會(huì)和盟通一起為大家?guī)砀嗑W(wǎng)絡(luò)化、智能化、數(shù)字化生態(tài)的部署。

圖：意法半導(dǎo)體微處理器產(chǎn)品市場經(jīng)理 霍筍 （Sunny Huo）

結(jié)語

此次2023年STM32峰會(huì)的口號叫“不止于芯”，這句口號也就揭示了STM32真正的護(hù)城河所在，不僅是在內(nèi)部不斷追求MCU芯片性能、功耗和成本的創(chuàng)新；更要在外部和合作伙伴一起構(gòu)筑全面豐富的開發(fā)生態(tài)、應(yīng)用生態(tài)和人才培養(yǎng)體系，實(shí)現(xiàn)在硅片之上額外的價(jià)值輸出。這一生態(tài)的成功，或許才是保證STM32能夠連年枝繁葉茂的，真正不可撼動(dòng)的根基。