本视频将介绍基于爱普特APT32F171芯片的高速风筒方案。

汽车电子中所使用的半导体即车规级芯片，主要有主控芯片（MCU/SoC），功率芯片（IGBT），传感器芯片(CIS)和存储芯片(Flash)四大类，车规级芯片广泛应用于汽车的动力系统、智能座舱及自动驾驶系统，是汽车电子不可或缺的核心元器件。

一、MCU芯片介绍

MCU即微控制单元（Micro Controller Unit），又称单片机（Single Chip Microcomputer），是将CPU、存储、外围功能都整合在单一芯片上具有控制功能的芯片级计算机，作为高度集成的微型计算机控制系统，单片机具有系统结构简单、可靠性高、处理功能强、低电压和低功耗、环境适应能力强等特点，已广泛应用于汽车电子、工业控制、仪器仪表、家电等领域。

在汽车电子的各个系统当中，往往需要采用车用MCU（车用微控制器）作为运作控制的核心，负责各种信息的运算处理，用于汽车的动力总成、辅助驾驶、网络互联、底盘安全、信息娱乐以及车身电子等方向。

1 ► MCU的基本结构

构成MCU的几个重要组件包括：

（1）中央处理器（CPU）

CPU是单片机的大脑。它由算术逻辑单元(ALU)和控制单元(CU)组成。CPU读取、解码和执行指令以执行算术、逻辑和数据传输操作。

（2）存储单元

任何计算系统都需要两种类型的存储器：程序存储器和数据存储器。程序存储器，顾名思义，包含程序，即要由CPU执行的指令。另一方面，数据存储器需要在执行指令时存储临时数据。通常，程序存储器是只读存储器（ROM），数据存储器是随机存取存储器（RAM）。

（3）输入/输出端口

单片机与外部世界的接口由输入/输出端口（I/O端口）提供。开关、键盘等输入设备以二进制数据的形式从用户向CPU提供信息。CPU在接收到来自输入设备的数据后，执行适当的指令并通过LED、显示器、打印机等输出设备做出响应。

（4）定时器/计数器

单片机的重要组件之一是定时器和计数器。它们提供时间延迟和计数外部事件的操作。此外，定时器和计数器可以提供函数生成、脉宽调制、时钟控制等。

（5）总线

单片机的另一个重要组件，但很少讲到，它就是系统总线。系统总线是一组连接线，将CPU与其他外围设备（如内存、I/O端口和其他支持组件）连接起来。

2 ► MCU的工作原理

MCU的工作原理是逐条执行预存指令的过程，不同类型的单片机有不同的指令系统。为了让一个单片功能自动完成某项具体任务，必须将所要解决的问题编成一系列的指令，并且这些指令必须是由一个单独的函数来识别和执行的，这样一系列指令的集合就变成了程序，这些程序需要预先储存在有存储能力的存储器中，也就是我们常说的内存。

由于程序是按顺序执行的，因此程序中的指令也是一条条地存储，MCU在执行程序时要将这些指令逐个提取并执行，必须拥有能够跟踪指令所在存储单元的功能，这个部分就是程序计数器PC(包括CPU在内)，当程序开始运行时，PC将会被分配到程序中每一条指令的存储单元，并一一执行该项指令，PC中的内容自动增加，增加量由这个指令长度决定，每一条都指向下一条指令的起始地址，保证指令顺序执行。

内核架构是影响MCU性能的一个关键要素，更优秀的运算单元需要更先进的内核架构。十几年前，各大MCU厂商均采用各自的内核，如瑞萨采用RX内核，飞思卡尔采用PowerPC，微芯采用PIC，Atmel采用AVR。随着ARM推出Cortex-M架构并开展了独特的开创IP授权的模式，以其软件代码的共享和高兼容性、高密度指令集等特点，现已逐步占据主导地位。

3 ► 车规MCU的种类

车规MCU按位数可分为8位、16位和32位。位数即MCU单次处理数据宽度，位数越高，MCU性能越强。

8位MCU成本/功耗低，便于开发，性能可满足大部分场景需要，广泛应用于基础功能如风扇、雨刷、天窗，座椅控制等领域。32位MCU运算能力更强，能满足高速处理的需求，多用于解决复杂场景问题，如汽车智能座舱、车身控制、辅助驾驶，行车安全系统等领域。32位的CPU内核以ARM为主流架构，由于CPU指令集庞大，软件开发难度较高，单价一般数倍于8位MCU，因而也有较高的研发壁垒。

从不同位数MCU规模占比来看，目前全球MCU芯片产品以32位为主。受益于其体积小性能优的特性以及汽车智能化的趋势，32位MCU销售额占比已经从2010年的38.1%提升至2015年的53.7%，进而跃升至2021年65.8%。随着汽车智能化和电动化进一步发展，汽车电子功能将日趋复杂，势必推动车规MCU向更高性能，更小尺寸，更低功耗的方向发展，32位芯片占比有望进一步提高。

二、MCU产业链概况

MCU产业链上游为半导体材料及半导体设备，主要包括硅片、光刻胶、光掩模、电子特种气体、靶材、单晶炉、刻蚀机、光刻机等。中游为MCU制造环节，主要包括芯片设计、单晶硅片制造、晶圆制造、芯片封测。下游应用领域包括汽车电子、工业控制、消费电子、计算机网络等。

三、MCU市场情况

1 ►  市场规模

IC Insights的数据显示，全球MCU市场规模从2015年的159亿美元增长至2021年的221亿美元，CAGR为5.6%；2022年全球MCU市场规模有望达239亿美元，同比增长8.1%。

MCU是汽车从电动化向智能化深度发展的关键元器件之一，汽车也是全球MCU第一大应用市场，占比超过1/3，平均每辆汽车MCU需求量高达上百颗。随着汽车半导体行业技术演进和需求升级，智能化将逐步成为相关厂商竞争的主战场，接力电动化成为重要驱动力，MCU作为核心算力芯片深度受益。

2 ► 竞争格局 

根据Omdia，MCU市场主要由欧美日芯片厂商牢牢把持，前七大厂商占据全球85.4%的市场份额，但各家企业的占比相对较为平均。

国内MCU市场方面，根据CSIA和中国汽车工业协会的数据，2021年国内MCU市场约85%（2019年为94%）由外资把持，MCU国产化率低且多集中于消费级，车规级MCU自给率尚不足5%，仍有很大国产替代空间。

根据富昌电子，2022年4季度的全球车规半导体仍处于供不应求的状态，主要车规MCU大厂如意法半导体，恩智浦和微芯科技都存在不同程度的供货紧张态势，不论是芯片价格还是货期较之前两个季度都有明显的升高。海外大厂的产能扩张尚不能满足市场需求，国内MCU企业有望把握这个供需错配的时间窗口，凭借先前的投入，与国内下游造车新势力合作，加速车规级MCU的国产替代进程。

四、MCU技术发展趋势

1 ►更高算力

随着汽车智能化程度的不断增加，车规级MCU将向多功能集成、高算力及超低功耗方向发展，且使用数量也会随之增加。同时，未来智能汽车中大量使用的车载传感器、车载摄像头，也需要高性能的MCU来做模拟数据的运算处理与驱动控制。因此，在未来更高阶自动驾驶等级的汽车中，加以多传感器融合的大趋势下，总线宽度32位乃至64位高算力车规级MCU将成为主流产品，而8/16位中低端MCU则会被更高制程的SOC所集成，失去增长动力。

2 ►  更高集成度

由于集成更多功能，主控芯片的算力要求会指数上升，部分MCU会和GPU，DSP，NPU和AI处理单元等不同类型芯片共同被集成到SoC(系统级芯片)上。SoC是MCU集成度更高的结果，其功能更复杂，资源利用效率更高，可胜任如无人驾驶和智能座舱等需要高算力的场景。

3 ►  更高开放度

由于ARM内核IP授权费高昂(芯片售价的2%-15%)，很多厂商已开始基于开源的RISC-V内核开发MCU，如瑞萨，英特尔，兆易创新等。RISC-V不仅完全免费开源，还具有低功耗，指令集精简，设计编译简单，支持模块化和可拓展等的特点，这和车规级MCU场景碎片化，功能模块化的特点十分契合。

摘要

随着物联网中连接对象的激增，开发人员面临多种安全挑战及来自市场或各个政府的合规及认证需求。ST利用我们自身在安全领域的独特能力和安全资产，向开发者提供简化的安全开发流程，包括可扩展的解决方案、可用的认证及持续的安全解决方案支持。STM32Trust是我们提出的一揽子安全框架，含 12 项必要的安全功能，如安全启动、安全更新、机密隔离或代码的敏感部分、加密等；我们还通过与SESIP和PSA合作，简化应用认证。意法半导体与SESIP和PSA合作，将这些安全功能作为安全保障的关键基础。新推出的高性能产品系列STM32H5提供可扩展的安全、连接性能，开发者可以通过STM32H5独有的Secure Manager安全管理器，实现开箱即用的认证服务。

本文为2023 STM32峰会信息安全篇重点内容。

STM32Trust & STSecure (含STSafe)

如今，随着物联网 （IoT） 中连接对象的激增，开发人员面临着多种安全挑战，这些挑战的数量和复杂性都在迅速增加。复杂的法规和众多的认证计划渐渐落实到位，这些计划也逐步交予由市场或政府强制执行。

开发者将面临以下挑战：

• 这些措施的快速发展和不明确的计划执法路线图；

• 随着需求的发展，安全解决方案对可扩展性的需求；

• 使用不同MCU开发框架和RTOS系统的设备的激增，这些设备没注重安全性问题；

• 缺乏信息安全专业知识 

意法半导体提供简化的信息安全开发流程。结合在信息安全领域的独特能力和安全资产，我们提供可扩展的解决方案、可用的认证，以及通过持续维护所提供的信息安全方案来支持我们的客户。

STM32Trust是我们提出的安全框架，现在已经可用。它专注于为开发人员提供 12 项必要的安全功能，例如安全启动、安全更新、机密隔离或代码的敏感部分、加密，以便开发人员能够达到所需的目标安全保证。它是通过硬件、软件、服务和STM32完善的生态系统来完成。 

我们的信息安全工具提供可扩展的方式嵌入这些安全功能；ST与SESIP和PSA合作，芯片通过SESIP认证可简化了嵌入式应用的认证流程。

我们的信息安全解决方案将为开发者提供可扩展性： 

• 带有安全硬件的产品，可保护客户的固件

• 具有加密、隔离和机密保护的产品，运行开源软件，如TF-M实施方案

• 扩展片上系统（SOC）软件服务

STM32Trust与STSafe相结合，将STM32安全功能增强到高安全级别。

STM32H5 安全管理器提供可扩展的嵌入式安全

意法半导体开发、认证和维护的可信执行环境交钥匙解决方案，我们称之为Secure Manager安全管理器。 

通过预先配置的数字身份，它允许无缝进行云或服务器注册，消除了OEM在不受信任的生产环境中配置机密的麻烦。

未来，远程配置将变得越来越重要，因为类似Matter的标准要求在设备生命周期的各个阶段配置证书。 借助安全管理器，现在可以利用这些身份和原生信任根实施额外的远程配置。更为重要的是，与我们的工具和生态系统相关联的安全管理器具备超强隔离特性，这样就能满足日益增多的多方软件 IP 保护需求，尤其边缘 AI 的需求。

首款支持安全管理器的STM32产品是近期发布的STM32H5系列。

STM32H5 关键特性 (more than security)

STM32H5基于性能强劲的Arm® Cortex®-M33 内核，主频高达250MHz的高性能系列产品，CoreMark跑分高达1023分。STM32H5拥有可扩展的安全性，经验丰富的开发者可利用与安全相关的硬件IP构建应用程序，而经验较少的用户可选择安全管理器的开箱即用认证服务。

STM32H5适用于智能家居、工厂自动化、消费设备和物联网等广泛领域。以工厂自动化应用为例，STM32H5为工业4.0做好了准备：

• STM32H5是STM32中首个支持安全管理器安全服务的产品，通过SESIP和PSA 3级目标认证。 

• STM32H5满足工业应用所需的功能安全性关键需求，其硬件安全功能可支持强大的功能安全要求，X-Cube_STL 软件包将很快发布。 

• STM32H5的外设接口丰富，是连接设备的绝佳选择。

随着双碳政策的推行及消费升级，越来越多的企业和家庭逐渐倾向于采购绿色、节能、低碳的打印设备。热敏打印机由于具备低耗材需求、便携轻巧、后期维护成本低等特点而备受市场关注。根据Smithers的数据显示，全球热敏打印机市场规模在2025年将达到423亿美元，到2027年则有望达到453亿美元。

数据来源：Smithers《 2025/2027年热敏打印的未来》

热敏打印机与商业POS系统应用推广密切相关，在发展初期主要应用于商业/零售领域。随着电子信息化、自动化程度的提高，加上条码识别技术和餐饮外卖行业的发展，热敏打印机应用迅速扩展到工业/制造业、交通/运输、现代物流、商业、餐饮、彩票等行业。

热敏打印机原理

在打印头上安装半导体加热元件，控制打印机芯上的发热元件，通过电流将打印机接收的数据转换成位图数据，随后在打印头加热并接触热敏打印纸后，即可打印出需要的图案。

热敏打印机分类

根据热敏元件的排列方式：

■   列式热敏：属于早期产品，主要应用于对打印速度要求不高的场景。

■  行式热敏：20世纪90年代的技术，打印速度比烈式热敏快，目前业内速度可达到350mm/s甚至更高。

要实现高速热敏打印，除了选取高速热敏打印头外，还必须有相应的控制板与之配合才能实现。

极海2寸/3寸/4寸热敏打印机应用方案

极海热敏打印机应用方案主要由控制电路、步进电机驱动、热敏片、人机交互及外围电路组成。其中控制电路中的MCU用于动态处理图像字符和控制外围设备，MCU接收打印命令，随后将点阵数据通过SPI接口发送到打印头，完成数据转换，同时检测打印头温度，控制步进电机精确滚纸操作、按键等操作。

• GW3323 2寸热敏蓝牙标签打印机应用方案
  

该方案极具性价比，一颗芯片即可实现手机蓝牙连接和热敏打印机控制，可应用于商超价格标签、家用标识类、工程线缆标识等场景；主控芯片具有丰富的接口资源与可靠的传输性，有效保障热敏打印机的稳定输出，且无需多次进行串口中断服务，支持ADC检测热敏电阻值判断是否需要过热保护，通过检标签光耦输出判断是否缺纸。

方案特点：

●  采用GW3323双模蓝牙5.2 无线MCU

●  蓝牙支持：Android、iOS

●  打印方式：直接热敏

●  分辨率：203dpi

●  打印速度：18mm/s

●  打印宽度：15~48mm

●  打印纸识别：支持NFC

●  供电：3.7V锂电池

●  超低功耗待机

●  支持蓝牙手机APP连接，方便编辑

方案优势：

1.  高效传输速率，最大发射功率TX +9dBm，接受灵敏度-94dBm（2Mbit/s EDR）

2.  支持外挂 NFC芯片，实现打印机校对功能，更好的保证打印质量

3.  支持4路PWM，实现对进步电机的精准控制

4.  高速SPI 接口和精准的ADC功能，有效保障打印效果

5.  节省充电模块和蓝牙模块，降低bom成本

6.  主板面积小，降低PCB布线难度

7.  内置蓝牙协议栈，数据接收更快更稳定

8.  提供完善SDK，开发更轻松，不易出错

• APM32E103VET6S 3寸热敏打印机方案

该方案主控采用APM32首款E系列工业级增强型APM32E103VET6S MCU，在APM32F103xE性能基础上，实现高主频、大容量、多接口的全面优化升级；增强型存储空间，满足用户更多开发应用需求；支持LQFP100封装；已通过IEC 60730软件安全认证。广泛应用于物流仓存标签打印、快递运单打印、商品价格标签、奶茶、珠宝标签、服装吊牌、食品合格证等。

方案特点：

●  蓝牙支持：双模蓝牙（Android、iOS）

●  打印方式：直接热敏

●  分辨率：203dpi

●  打印速度高达：100mm/s

●  打印宽度：15~72mm

●  UI ：支持工作状态和电量显示

●  低功耗待机＞15天

方案优势：

1.  基于Arm® Cortex® -M3内核，支持Keil、IAR、Eclipse等主流IDE开发

2.  提供完善SDK，易于开发

3.  合封SDRAM，性价比更高

4.  支持矢量字体和内置多国语言点阵字体

5.  具备常用一维条码和二维条码打印功能

6.  兼容SPL/CPCL/ESC指令

• 大川GS400 4寸桌面条码打印机方案
  

该方案主控采用大川GS400多核异构主控芯片，基于国产平头哥玄铁CPU双核架构，采用嵌入式SoC-eSE单元技术；拥有高效运算处理功能，可实时处理大量指令信息；外设资源丰富，适应性强，支持实时低功耗任务处理，可为用户提供更好的打印使用体验。适用于商超、餐饮、茶饮、烘焙、服装、物流等行业标签打印。

方案特点：

●  PC驱动支持：Win XP/7/8/10 Mac OS

●  打印方式：直接热敏

●  分辨率：203dpi

●  打印速度：50~152mm/s

●  打印宽度：20~108mm

●  打印长度：25~300mm

●  支持TSPL指令

方案优势：

1.  使用单核即可实现更高性能的打印机，如工业条码打印机

2.  双核合封32Mbytes SDRAM，性价比更高

3.  应用领域更宽泛

4.  国产C-SKY内核，从容应对国际半导体环境的不稳定因素

极海工业级/车规级MCU资源丰富，支持多种主流开发环境，在热敏打印机应用开发上极为灵活，具有超高性价比。极海提供包括技术文档手册、SDK例程、DEMO板、调试量产工具等技术支持服务，可帮助客户最大程度简化设计，快速完成产品开发。

11月7日，国民技术发布新一代物联网安全芯片N32S003，并在深圳举行的ELEXCON 2022“第四届中国嵌入式技术大会”上进行推介，该芯片兼具高安全、小尺寸、高集成、易开发等特色，是一款高性价比物联网安全芯片。                         

针对物联网市场的发展，国民技术持续创新并推出新一代N32S003物联网安全芯片，该产品采用32位内核，最高工作主频48MHz，最大内嵌64KB Flash和6KB SRAM，集成UART、I2C、SCD通信接口，内置主流密码算法硬件安全加速引擎，产品具有高安全、小尺寸、高集成、易开发等优势，特别适用于无线安全认证、电源安全认证、支付安全认证、耗材配件认证、智能表计安全、智能家居、智慧交通/车联网、智能穿戴安全认证等AIoT应用场景。

N32S003产品优势特点

■ 高安全

产品通过EAL4+及国密二级高安全等级资质认证，具有存储加密、分区保护、电压异常检测、温度异常检测等多重安全防护机制，支持SM2、RSA、ECC、SM4、DES/3DES、AES、SM3/HASH等国密、国际密码算法，集成TRNG真随机数发生器，可适应不同应用场景下安全加密与认证需求。

■ 小尺寸

芯片采用DFN6(2mm*2mm)、DFN8(2mm*3mm)、SOP8(4.9mm*3.9mm)等小封装，满足小微体积物联网设备对物理空间的苛刻要求。

■ 高可靠

芯片具有1.8V～5.5V宽工作电压范围，抗静电ESD:±6KV（HBM模型），可适应各种恶劣工作环境。

■ 低功耗

支持多种低功耗管理模式，PD模式下芯片功耗小于0.5uA（典型值），支持物联网设备超长待机。

■ 易开发

外设接口灵活配置，IO管脚支持全映射功能，便于客户开发设计；可根据客户需求提供定制化固件支持，协助客户完成快速开发替换，大幅度降低开发周期。

便捷完善的开发支持

N32S003安全芯片现已量产并稳定供货，产品具有便捷和完善的开发生态支持：

■ 提供各种封装配置样片、开发评估板、开发及量产工具。

■ 提供完整的固件SDK和标准化认证固件，并可提供定制化固件支持。

■ 芯片配套资料齐全，包括：产品简介、数据手册、用户手册、硬件评估板、参考设计、使用指南等。

■ 全部文档资料可联系国民技术或各代理商获取。