STM32WL，全球首顆內置LoRa收發器的SoC，加快LoRa® IoT智能設備開發
MCU多種多樣，芯片設計一直沿著這樣的思路：通過提供不同的內核、不同的存儲器容量、不同的外設和封裝選擇，給客戶帶來可覆蓋不同應用的芯片級解決方案。自2018年第一顆無線MCU系列STM32WB問世，STM32便邁入無線進擊路。
物聯網的複雜應用場景，開發者需要考慮的因素很多，包括成本、速率、壽命、移動性和覆蓋範圍等等，因此也產生了多種組網技術，有官方加持的授權頻段技術，也有生機勃勃的非授權頻段技術。低功耗、遠距離、大連接的 LPWAN（Low-Power Wide-Area Network，低功耗廣域網絡）技術，因其獨特的靈活性脫穎而出，得到物聯網業界認可。
▲ LPWAN：Low Power Wide Area Network低功耗廣域網
LoRa 作為 LPWAN 主流技術之一，正在賦能智慧城市中的物聯網轉型，為智慧物流、工業物聯網提供適配技術，降低智慧農業的鏈路預算，優化智能家居的電池壽命。
LoRa“老辣”
LoRa，是一種基於擴頻技術的超遠距離無線傳輸方案，屬於物聯網通信技術之一，採用線性調製擴頻的方式，能顯著提高接收靈敏度。LoRa是“Long Range”的縮寫，最大特點就是長距離通信。
LoRaWAN標準已建立起LoRa芯片、模組、基站或網關、網絡服務、應用服務的完整生態鏈
LoRa技術最初是由法國公司Cycleo研發，後被美國公司Semtech（升特）收購，並基於LoRa技術開發出一整套LoRa通信芯片解決方案，包括用於網關和終端上不同款的LoRa芯片，這是一種新型的基於1GHz以下的超長距低功耗數據傳輸技術的芯片。LoRa憑藉其驚人的靈敏度（-148dbm）、強悍的抗干擾能力、出色的系統容量表現，贏得了廣泛的關注。LoRa改變了傳輸功耗和傳輸距離之間的平衡，為業界提供了一個能實現
遠距離、長電池壽命、大系統容量、低硬件成本的全新通信技術，而這正是物聯網（IoT）所需要的。Semtech還發起成立了國際LoRa聯盟（LoRa Alliance），制定並優化LoRaWAN協議，這種大容量、低功耗的星形組網架構和協議，可實現無線廣域組網。從LoRaWAN的網絡架構來看，LoRa調製技術主要用於終端節點到網關之間數據傳輸。
▲ LoRa 的網絡結構
眾所周知，一項技術能不能發揚光大，最主要就是看它的生態系統是否強大。目前，LoRaWAN標準已建立起LoRa芯片、模組、基站或網關、網絡服務、應用服務的完整生態鏈。
近幾年，LoRa在全世界跑馬圈地，高速發展，不乏大量應用場景落地的案例。截止目前，在全球範圍內已有超過1億個LoRa終端接入節點，以技術驅動生產，以市場驗證落地，LoRa技術將成為全球物聯網的事實標準。中國作為最大的物聯網應用市場，承擔了近半的LoRa節點部署數量，在能源、公共安全、智慧樓宇、電力、軍事工業等行業都得到廣泛的認可和應用；同時，LoRa技術在室內和社區場景應用，也不斷髮力，這將會成為LoRa最值得期待的市場。
為什麼要在STM32 MCU中內置LoRa？
作為STM32 RF 連接產品組合的補充，STM32WL 片上系統在同一芯片上集成了通用微控制器和 sub-GHz 無線控制單元，是世界上第一顆將LoRa收發器集成到SoC芯片上的無線微控制器。之前，市場上的LoRa無線解決方案，要麼是分立的微控制器和收發器，要麼是兩個組件使用同一封裝，但使用不同的裸片，即系統級封裝。STM32WL通過實現更簡單、更靈活、更高集成度和更節能的設計，賦能物聯網應用。
LoRa是有能力解決泛在物聯網設備組網難題的技術之一。它使用亞千兆赫茲頻率以及其Chirp擴頻調製技術，可以實現小數據包的長距離傳輸，同時使其具有更強的抗干擾能力和更強的整體性。LoRa最早最成功的應用是智能電錶，可以說“為表而生”。在《國際電力與能源系統雜誌》上發表的一篇論文中，中國學者表明，LoRa技術可對智能電網進行出色調製，並提供了優化智能電錶實施的有效途徑。在這樣的B端應用場景下，STM32WL的問世是邁向遠程（LoRa）技術普適化的重要一步。
▲ STM32WL的七大特點為你帶來不同
STM32WL 微控制器以 Arm® Cortex®‐M4 內核架構為基礎構建，支持多種調製模式LoRa®、(G)FSK、(G)MSK 和 BPSK，能夠以一種完全開放的方式確保採用 LoRaWAN® 或任何其它適合協議，以實現無線應用靈活性。STM32WL 微控制器具有基於 Semtech SX126x 的 sub-GHz 無線電功能，可滿足工業和消費物聯網 (IoT) 中各種低功耗廣域網 (LPWAN) 無線應用的需求。
藉助深度集成，STM32WL的創新型開放式架構針對LoRaWAN® 傳統/專有協議進行了優化，可實現靈活的資源使用和高效的電源管理，這有助於在降低 BOM 成本的同時提供更出色的用戶體驗。
STM32WL 系列採用與超低功耗 STM32L4 微控制器中實現的同種技術進行開發，為需要通過sub-GHz 收發器延長電池使用壽命和擴展 RF 距離的應用提供相似的數字和模擬外設。為確保全球兼容性，STM32WL MCU 提供了雙電源輸出和寬泛線性頻率範圍，以滿足任何非授權 RF 頻譜的需求。
STM32WLE5 系列具有豐富的利於通信的外設及特性，包括多達 43 個 GPIO、用於優化功耗的集成 SMPS 以及多種可最大限度延長電池使用壽命的低功耗模式。雙電源輸出和寬線性頻率範圍確保全球兼容性。
除了無線和超低功耗特性外，STM32WL 微控制器還包括嵌入式安全硬件功能，例如 128 位/256 位 AES 硬件加密、PCROP讀/寫保護以及使用橢圓曲線加密引擎的公鑰加密。
▲ STM32WL的性能
總體而言，STM32WL 產品是 STM32 系列在 sub-GHz 無線連接領域的領軍產品，兼具易用性和可靠性，同時可完美滿足各種工業和消費類應用的需求。
為什麼STM32WL更靈活？雙電源輸出和多重調試
STM32WLE5 微控制器符合 LoRa Alliance® 發佈的 LoRaWAN® 規範的物理層要求。其支持的 LoRa®、(G)FSK、(G)MSK 和 BPSK調製也可用於傳統或專有協議。
▲ STM32WL支持多重調試技術
無線電功能適用於以符合無線電法規為目標的系統，這些法規包括但不限於 ETSI EN 300 220、FCC CFR 47 第 15 部分、“中國法規要求”和日本 ARIB T-108。從150 MHz 到 960 MHz 的連續頻率覆蓋可以支持全球所有主要的 sub-GHz ISM 頻段。
STM32L現有5大子系列，STM32L0、STM32L1、STM32L4/STM32L4+和剛剛宣佈量產的STM32L5，為低功耗應用提供了完整的解決方案。除去基於Arm Cortex-M33 內核的STM32L5，更強調安全功能，其他四個系列各有千秋，又可實現快速移植。
▲ NUCLEO-WL55JC1
STM32WL同樣也被納入STM32生態系統。硬件開發板NUCLEO-WL55JC1嵌入了基於Semtech SX126x的經過特殊設計的射頻模塊，有兩種功率輸出：一種功率高達15dBm，另一種功率高達22 dBm。此外，由於收發器提供的線性頻率範圍為150 MHz至960 MHz，這使得STM32WL可在全球應用。例如，歐洲標準要求LoRa系統使用較低的輸出和868 MHz的頻率，而北美可能會提高到22 dBm，並要求915 MHz。因此，開發人員可以針對特定地區定製STM32WL系列，優化其性能，並輕鬆地向其他國家開放其系統。集成通用MCU和LoRa收發器的STM32WL，可以節省時間並減少物料清單和運營成本。STM32WL的千兆赫收發器與LoRa，（G）FSK，（G）MSK和BPSK調製方案兼容。由於它支持二進制相移鍵控（BPSK），因此STM32WL可以通過LoRa調製同時運行LoRaWAN堆棧和Sigfox堆棧。與（G）FSK和（G）MSK以及BPSK的兼容性，表明STM32WL也可與專有協議兼容。
支持所有這些調製技術，讓STM32WL具有更大的靈活性和全球兼容性。
為什麼STM32WL如此高效？架構優化和內存空間
STM32現有兩款無線系列產品，STM32WB是集成了藍牙模塊的STM32 MCU，於2019年上市，而剛剛問世的STM32WL受益於STM32WB上引入的優化功能。以往，工程師需要兩個32 MHz外部晶體：一個與Cortex-M4同步，另一個用於LoRa收發器；而STM32WL的體系結構，僅需一個晶體即可用於MCU和無線電的高速時鐘，從而有助於減少物料清單並簡化PCB設計。
我們通過包括一個開關電源和一個LDO來優化電源管理，以縮短STM32WL從任何低功耗模式的喚醒時間。準備好此類SMPS通常大約需要60 µs，但是由於LDO的存在，即使SMPS還沒有準備好，MCU也可以在5 µs或更短的時間內喚醒。使STM32WL處於睡眠，停止或待機狀態時，系統首先使用LDO，並且可以在等待SMPS準備就緒時開始處理信息。
STM32WL有多種內存選擇，64 KB、128 KB和256 KBFlash，以滿足開發人員的各種應用需求，同時還幫助控制成本。因此，團隊可以在更大的測試模型上編寫軟件，而不必擔心過多的資源消耗，然後花時間優化代碼以在較小的內存佔用量上運行。
即將推出的STM32CubeMX新版本，將LoRa無線電與STM32 MCU放在同一芯片上也使引腳配置更加簡單。
