2. STM32WB 硬件介绍

2.1. 1 系统和存储

1.1 系统总览

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。 在这里插入图片描述

1.2 STM32WB总线架构

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。 在这里插入图片描述

1.3 总线矩阵

https://img-blog.csdnimg.cn/20200930105113141.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3UwMTQ0MjE1MjA=,size_16,color_FFFFFF,t_70#pic_center

1.4 存储分布

在这里插入图片描述

1.5 STM32WB闪存特点

  • 共享

    • 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。

  • 使用ART加速

    • 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。

  • 3级保护

    • 级别0（无保护）至级别2（最大保护）

  • 限制

    • 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。

2.2. 2 RF射频简介

2.1 RF参数简介

  • 模拟前端

    • 最大输出功率

      • 集成巴伦，6dbm发射功率，具有1dbm步进调节

      • 专用引脚驱动外部PA，可以获得最大20dbm的输出功率

    • 接收灵敏度

      • BLE：1Mbps @-96dbm， 2Mbps @-94dbm（250kbps和125kbps不支持）

      • 802.15.4：250kbps @ -100dbm

    • 功耗@3.3V

      • TX：@0dbm：5.2mA

      • RX:4.5mA

      • stop2 with radio in standy (accurate clock LS12):1.8uA

  • 调制解调器

    • 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

    • IEEE 802.15.4 ：硬件模式支持250Kbps通信速率

2.2 STM32WB典型外围电路

在这里插入图片描述

2.3 STM32WB RF输入/输出匹配网络

在这里插入图片描述 一个Π型滤波网络加50Ω阻抗匹配。

2.3. 3 电源管理

3.1 供电方案框图

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。 在这里插入图片描述

3.2 内部SMPS

  • SMPS用于降低VDD电源

  • SMPS为数字核心和射频LDO供电

  • 当VDD电源高于BOR[1..4]阈值时，使用SMPS模式

    • 低于此阈值使用旁路模式，支持及时切换

    • 通过HW机制执行关闭，通过SW重新开启

  • SMPS降遵循社保操作模式

    • 在Run和stop0模式下为On

    • 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

3.3 电源配置

  • 高性能使用SMPS

    • 通过添加外部电容和线圈，SMPS用于降低功耗 在这里插入图片描述

  • 低成本今适用于LDO

    • 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。 在这里插入图片描述

3.4 SMPS原理图

在这里插入图片描述

2.4. 4 核间通信和安全管理

4.1 HSEM

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。

  • 管理和访问权限和同步

    • 运行于同一个cpu上的不同进程

    • 不同的cpu

  • 32个硬件信号量

  • 两种锁定机制

    • 2-step write， read back lock

    • 1-step read lock

  • 信号量释放产生中断

  • 应用优势

    • 防止共享资源访问冲突

    • 确保进程之间的同步

    • 无阻塞信号量处理

4.1.1 HSEM框图

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。 框图

HSEM框图

在这里插入图片描述

2步 写-回读锁机制

在这里插入图片描述

1步 锁机制

4.1.2 信号量使用 - 共享资源

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。

Semaphore Purpose
sem0 RNG-All registers
sem1 PKA-all registers
sem2 Flash - All registers
sem3 RCC_CR RCC_CRRCR RCC_EXTCFGR RCC_CFGR

4.1.3 信号量 - 闪存写入和擦除

  • 要在闪存种写入，应用程序应该

    • 获取Sem2

    • 写入闪存

    • 释放sem2

  • 擦除扇区，应用程序应该

    • 获取Sem2

    • 发送SHCI_C2_FLASH_Erase_Actiity(erase_activity_ON)命令给CPU2

    • 擦除一个或多个扇区

    • 释放Sem2

    • 发送SHCI_C2_FLASH_Erase_Activity( erase_activity_OFF ) 命令给 CPU2

4.2 IPCC

IPCC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。

  • 为通信信道管理提供非阻塞信令

    • 消息可用性中断

    • 流量开启中断通知

  • 通讯方式

    • 单工：每个方向的专用通道

    • 半双工：单个共享双向通道

  • 最多6个双向通道

    • 通道数据存储在共享ram中

  • 应用优势

    • 非阻塞信息交换

    • 通道流量控制

    • 支持CPU sleep和stop模式

    在这里插入图片描述

4.3 安全管理

  • BLE外设可以安全使用以下外设

    • AES1（仅限IP加密密钥）用于应用程序的加密引擎

    • AES2（Full IP）用于IEEE802.15.4的加密引擎

    • PKA（Full IP）用于加密密钥的生成

    • True RNG（Full IP）用于加密密钥的生成

  • 对安全IP的访问由HSEM管理

    • HSEM x,y,z用于管理共享安全外围设备访问

  • BLE堆栈提供以下加密密钥功能

    • 密钥存储

    • 密钥更新

    • 密钥删除

    • 密钥加载（在AES1中）

4.4 Cortex-M0+安全性

  • 闪存的上半部分只能由cortex-m0+访问

    • 由安全选项字SFD和SFSA定义

  • 全局安全使能

    • 允许通过安全选项字SBRD和SBRSA来添加SRAM2a上的部分安全性

    • 允许通过安全选项字SNBRD和SNBRSA来添加SRAM2b闪的部分安全性

    • 运行通过SYSCFG使能外设的安全性

在这里插入图片描述