نسل اقتصادی MCUهای امن برای صنعت هوشمند

Secured MCUs for smart factories shed features to reduce cost

بلاگ خبری

6 بازدید

۱۴۰۴-۱۱-۰۸

4 دقیقه

نویسنده: مریم میریان
درباره نویسنده: ---

STMicroelectronics سری STM32MP21 را برای کارخانه‌های هوشمند عرضه کرد. Cortex‑A35 تک‌هسته تا 1.5GHz همراه Cortex‑M33 ‏300MHz ،TrustZone و RIF، گزینه Secure Boot و شتاب‌دهنده رمزنگاری (پسوندهای C/F با SSP)، هدف امنیتی SESIP Level 3 هم‌راستا با CRA، MIPI CSI‑2 و ISP برای بینایی ماشین، Ethernet گیگابیتی با TSN، CAN‑FD در برخی مدل‌ها، پشتیبانی DDR3L/DDR4/LPDDR4، OpenSTLinux و PMIC ‏STPMIC2L.

نمای کلی STM32MP21

STMicroelectronics نسخه‌های ساده‌تر خانواده STM32MP2 را با نام STM32MP21 برای کاربردهای کارخانه هوشمند معرفی کرده است. تمام اعضای این سری دارای یک پردازنده کاربردی Arm Cortex‑A35 با فرکانس 1.2 یا 1.5GHz و یک هسته Cortex‑M33 ‏300MHz برای بوت و کنترل خواب/بیدارباش هستند. تمرکز این خانواده روی امنیت صنعتی، زمان‌بندی قطعی شبکه، و بینایی ماشین سبک‌وزن بدون NPU و GPU داخلی است.

امنیت: جداسازی و انطباق با مقررات

برای ایزوله‌سازی کد و اجرای امن، Arm TrustZone در دسترس است و چارچوب اختصاصی Resource Isolation Framework (RIF) از ST برای محافظت در برابر دست‌کاری به‌کار گرفته شده است. برخی اعضا با پسوند C یا F دارای شتاب‌دهنده سخت‌افزاری رمزنگاری و قابلیت Secure Boot هستند. هویت یکتا و گذرواژه‌های تغییرناپذیر جهت احراز هویت و attestation از طریق فرآیند داخلی SSP (secure secret provisioning) در کارخانه بارگذاری می‌شود.

به‌گفته شرکت، معماری امنیتی با مقرراتی مانند EU Cyber Resilience Act (CRA) هم‌راستا طراحی شده است. هدف اطمینان امنیتی در سطح SESIP Level 3 با راهنمای پیاده‌سازی CRA هم‌خوان است؛ جایی‌که برای محصولات مهم (Class II) مقاومت AVA_VAN.2 یا AVA_VAN.3 و برای محصولات «حیاتی» حداقل AVA_VAN.4 مشخص شده است.

بینایی ماشین بدون NPU/GPU، با MIPI CSI‑2 و ISP

برخلاف برخی اعضای دیگر خانواده STM32MP2، سری STM32MP21 فاقد AI NPU و GPU است. با این حال، برای کاربردهای بینایی ماشین صنعتی نظیر بازرسی خطوط تولید و خواندن بارکد/QR، ورودی MIPI CSI‑2 و یک image signal processing pipeline (ISP) مجتمع ارائه می‌شود. این ترکیب برای سناریوهایی که پردازش یادگیری عمیق الزام نیست، ولی ورودی تصویر و پردازش اولیه لازم است، طراحی شده است.

شبکه صنعتی TSN ،Gigabit Ethernet و CAN‑FD

بسته به مدل، یک یا دو پورت Gigabit Ethernet با پشتیبانی Time‑Sensitive Networking (TSN) فراهم است. برخی واریانت‌ها دارای دو پورت CAN‑FD هستند و برخی دیگر این رابط را ندارند؛ بنابراین سازندگان می‌توانند بر اساس نیاز خطوط صنعتی، میان گزینه‌های شبکه قطعی و گذردهی پیام‌های بلادرنگ انتخاب کنند.

حافظه و رم

پشتیبانی از DDR3L ،DDR4 و LPDDR4 به طراح اجازه می‌دهد میان هزینه، راندمان انرژی و پهنای‌باند انتخاب کند و BOM را برای بردهای 4 یا 6 لایه بهینه سازد.

نرم‌افزار و ابزار توسعه

زنجیره ابزار توسعه شامل ST Edge AI (دسکتاپ و ابزارهای ابری)، OpenSTLinux با دو طعم Yocto و Buildroot، بسته‌های توسعه نرم‌افزاری (expansion packages)، بوردهای ارزیابی و کیت STM32MP215F‑DK Discovery است. همچنین یک گزینه bare‑metal به‌عنوان جایگزین OpenSTLinux برای همین سال برنامه‌ریزی شده است (مشابه آنچه قبلاً برای STM32MP13 ارایه شد).

پکیج‌ها و تغذیه

گزینه‌های پکیج برای بردهای 6 لایه شامل VFBGA ‏225 پَد ‏8×8mm و VFBGA ‏361 پَد ‏10×10mm است. برای بردهای 4 لایه، VFBGA ‏273 پَد ‏11×11mm و TFBGA ‏289 پَد ‏14×14mm درنظر گرفته شده است. برای تأمین توان، تراشه اختصاصی STPMIC2L با سه مبدل باک و هفت LDO معرفی شده تا نواحی تغذیه پردازنده و محیط پیرامونی را ساده و پایدار کند.

خلاصه مشخصات کلیدی

ویژگی	جزئیات
پردازنده‌ها	یک هسته Arm Cortex‑A35 ‏1.2/1.5GHz + یک هسته Cortex‑M33 ‏300MHz (بوت و مدیریت توان)
امنیت	Arm TrustZone، چارچوب RIF، گزینه‌های Secure Boot و شتاب‌دهنده رمزنگاری در واریانت‌های C/F با SSP
انطباق امنیتی	هدف SESIP Level 3 هم‌راستا با CRA؛ سطوح مقاومت AVA_VAN.2/3 برای کلاس II و حداقل AVA_VAN.4 برای محصولات حیاتی
بینایی ماشین	ورودی MIPI CSI‑2 و خط لوله ISP مجتمع؛ بدون NPU و GPU
شبکه صنعتی	۱ یا ۲ پورت Gigabit Ethernet با TSN؛ برخی مدل‌ها با ۲× CAN‑FD
حافظه خارجی	DDR3L ،DDR4 ،LPDDR4
نرم‌افزار	OpenSTLinux (‏Yocto/Buildroot)، ابزارهای ST Edge AI، بسته‌های توسعه، بوردهای ارزیابی، کیت STM32MP215F‑DK
برنامه‌ریزی آتی	عرضه گزینه bare‑metal به‌عنوان جایگزین OpenSTLinux در همین سال
پکیج‌ها	VFBGA ‏225 پَد ‏8×8mm، VFBGA ‏361 پَد ‏10×10mm (۶ لایه)؛ VFBGA ‏273 پَد ‏11×11mm، TFBGA ‏289 پَد ‏14×14mm (۴ لایه)
تغذیه	STPMIC2L با ۳ باک و ۷ LDO

نسل اقتصادی MCUهای امن برای صنعت هوشمند

مرور مختصر خانواده STM32MP2

ماتریس زیر، تصویری سطح‌بالا از گزینه‌های خانواده STM32MP2 را نشان می‌دهد. علامت «*» به حضور قابلیت اشاره دارد و خانه‌های خالی یعنی آن ویژگی در آن عضو ذکر نشده است.

STM32MP..	Cortex‑A35	Cortex‑M33	AI NPU	GPU	LVDS/DSI	FD‑CAN	Ethernet
..257	2	1	*	*	3	3
..255	2	1	*	*	3	2
..253	2	1			3	2
..251	1	1					1
..235	2	1	*	*	2	2
..233	2	1			2	2
..231	1	1					1
..215	1	1			2	2
..213	1	1			2	2
..211	1	1					1

بر این اساس، سری STM32MP21 در راستای ساده‌سازی، NPU و GPU را حذف کرده اما مسیر تصویری CSI‑2 + ISP، شبکه صنعتی با TSN و گزینه‌های امنیتی سخت‌افزاری را برای کاربردهای کارخانه هوشمند حفظ کرده است.

اطلاعات