ST完整軟硬件布局 打造效能與安全兼具物聯(lián)網(wǎng)系統

 意法半導體臺灣CSMM部門(mén)經(jīng)理黃鐙誼。DIGITIMES攝

物聯(lián)網(wǎng)被視為智能化系統的核心架構，對企業(yè)的數碼轉型至關(guān)重要。ST長(cháng)期深耕物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，已累積龐大的專(zhuān)業(yè)經(jīng)驗與技術(shù)能量，為協(xié)助系統業(yè)者打造高效能物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)安防御機制，日前舉辦的「安全物聯(lián)網(wǎng)研討會(huì )」，聚焦于物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)發(fā)展趨勢與解決方案，并深入探討如何因應場(chǎng)域需求，建構高效能系統，提高平臺的安全性和可用性。

文曄科技行銷(xiāo)處資深經(jīng)理林文瀚在致詞時(shí)表示，物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展多年，已成為產(chǎn)業(yè)升級的關(guān)鍵驅動(dòng)力，不過(guò)要打造效功能與便利兼具的物聯(lián)網(wǎng)系統，必須有低耗電端點(diǎn)控制器、線(xiàn)上通訊模塊、精準傳感器、完善網(wǎng)安防御機制等眾多要件同時(shí)到位，方能建構穩定運作的物聯(lián)網(wǎng)，此研討會(huì )即是針對設備與系統商量身打造，希望借此協(xié)助各領(lǐng)域客戶(hù)加速產(chǎn)品開(kāi)發(fā)時(shí)程。

文曄科技行銷(xiāo)處資深經(jīng)理林文瀚。DIGITIMES攝

完善NFC/RFID產(chǎn)品策略 全面優(yōu)化物聯(lián)網(wǎng)效益

近年物聯(lián)網(wǎng)在各垂直產(chǎn)業(yè)加速普及，其安全性也漸受場(chǎng)域業(yè)者重視，ST臺灣CSMM部門(mén)經(jīng)理黃鐙誼在「物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)階的設計和方案」議題中指出，物聯(lián)網(wǎng)安全性數碼世界的重要性日增。從架構運作層面來(lái)看，物聯(lián)網(wǎng)系統是透過(guò)終端傳感器擷取大量高機敏性數據，再經(jīng)由有線(xiàn)或無(wú)線(xiàn)的閘道器將數據傳輸致上層云端，與現在常見(jiàn)的電子系統不同，物聯(lián)網(wǎng)架構的終端除了電子設備外，也包括各種非電子產(chǎn)品，因此可應用于建筑家庭、制造、醫療、物流倉儲、教育與農業(yè)等場(chǎng)域。

由于數據數量龐大且多為個(gè)人隱私或企業(yè)組織機密，因此必須讓終端設備擁有各自的獨特身份識別，協(xié)助系統快速識別數據所屬之處，并高度重視傳輸的完整性、安全性，避免數據被竊取或篡改。除此之外，為了提升可用性，此一傳輸機制還必須納入成本、易使用與低耗電考量，就此來(lái)看，NFC/RFID會(huì )是物聯(lián)網(wǎng)再多數應用場(chǎng)域的最佳選擇。

黃鐙誼接著(zhù)表示，NFC是已然普及無(wú)線(xiàn)通訊技術(shù)，具備安全短距離、低數據與低功耗特色，相較于藍牙、Wi-Fi等通訊標準，NFC短距離安全傳輸優(yōu)勢可確保信息不被****，并能大幅降低網(wǎng)安疑慮。

NFC／RFID架構由電子標簽（Tag）與讀寫(xiě)器（Reader）組成，電子標簽又分為被動(dòng)式標簽與動(dòng)態(tài)標簽，前者主要用于消費性產(chǎn)品、電子票券、游戲、資產(chǎn)追蹤…等，動(dòng)態(tài)標簽則多以工業(yè)控制、智能燈具、智能儀表、健康照護等場(chǎng)域為主，兩者最大不同是被動(dòng)式電子標簽是被動(dòng)感應，標簽內僅有線(xiàn)圈，無(wú)須電力驅動(dòng)，動(dòng)態(tài)標簽則須與MCU整合發(fā)出信號，因此需要一定的電力驅動(dòng)，不過(guò)耗電量相當低，無(wú)論是被動(dòng)式或主動(dòng)式電子標簽，都需與讀寫(xiě)器連結傳輸數據，進(jìn)而完成各種智能化應用。

有監于近年NFC／RFID的應用逐漸擴大，已從的物件識別延伸至電子支付。為了讓創(chuàng )新應用有規范可循，NFC   Forum制定出統一標準的數據交換格式–NDEF規范，在此規范下，只要設備內建NDEF格式，無(wú)需開(kāi)發(fā)上層應用軟件的狀態(tài)下就能透過(guò)NDEF的電子標簽交換數據，大幅優(yōu)化系統開(kāi)發(fā)時(shí)程與使用體驗，例如打印機廠(chǎng)商將產(chǎn)品信息寫(xiě)入貼附在打印機的NDEF電子標簽上，維修單位可透過(guò)讀寫(xiě)器讀取數據，借此快速識別產(chǎn)品真偽。

ST深耕NFC／RFID多年，已建立起完整生態(tài)系，其產(chǎn)品涵蓋各種認證標準與應用層面，被動(dòng)式電子標簽的ST25TV、ST25TA與動(dòng)態(tài)標簽的ST25DV-I2C、ST25DV-PWM均符合NFC  Forum規范，可用于iOS與Android app兩大手機操作系統；而ST25R3911B、ST25R3916B讀取器除了NFC  Forum的相關(guān)軟件之外，也可使用RFAL與Linux軟件。

黃鐙誼緊接著(zhù)介紹ST的NFC／RFID產(chǎn)品線(xiàn)。從產(chǎn)品分類(lèi)來(lái)看，ST的NFC／RFID電子標簽部分，可區分為ISO  14443、ISO 15693兩大標準產(chǎn)品，其中ST25TV支持ISO15693和NFC Type  5協(xié)定，可實(shí)現高達53Kbps的通訊速度。該芯片內建EEPROM存儲器，容量從512b到64Kb不等，可保留數據長(cháng)達60年，并進(jìn)行10萬(wàn)次讀寫(xiě)。ST25TV還提供了增強的NDEF  TruST25數碼簽章功能，確保數據的安全性和完整性，并具備64位元口令和24位元UTC功能，可用于數據保護和時(shí)間紀錄。

每個(gè)芯片都有唯一的UID，用于標識不同的芯片。此外，ST25TV還具備防篡改功能，可以偵測任何對芯片的物理攻擊或篡改。ST25TV02KC   更可以支持NDEF自動(dòng)延展格式，將電子標簽（Tag）的ID、電子簽章、防拆信息等不需要App而自動(dòng)傳送到云端認證，可在各種安全物聯(lián)網(wǎng)應用中使用。

動(dòng)態(tài)標簽部分，黃鐙誼特別介紹ST25DV-I2C  EVO，此系列芯片同樣支持ISO15693、NFC Type  5協(xié)定與高達53kbps的通訊速度。芯片內建的256位元組緩沖區和EEPROM存儲器，其容量范圍從4Kb到64Kb，可保留數據長(cháng)達40年與100萬(wàn)次讀寫(xiě)。ST25DV-I2C  EVO具備快速傳輸模式，可加快數據傳輸速度。具備64位元口令、能量收集（E-Harvesting）、RF偵測和唯一識別碼（UID）功能。

ST25DV-I2C  EVO設計有I2C  1MHz界面，每次寫(xiě)入16位元組頁(yè)，并適用于1.8V至5.5V的電壓范圍，此產(chǎn)品提供了多種封裝選項，包括SO8、TSSOP8、FPN8、FPN12和WLCSP10。將動(dòng)態(tài)標簽和控制器結合可以開(kāi)發(fā)出與手機運用的創(chuàng )新下一代產(chǎn)品，例如將ST25DV-I2C使用在FlashU盤(pán)上，可以藉由手機上的生物識別預先認證，再透過(guò)ST25DV-I2C將FlashU盤(pán)上鎖或解鎖，達到數據保護的目的，而且節省在FlashU盤(pán)上安裝生物識別芯片的成本。

ST25R   系列NFC讀寫(xiě)器支持多種標準協(xié)定，如ISO14443-A/B、Felica、ISO15693和ISO18092，適用多種應用場(chǎng)景。除了讀寫(xiě)功能外，還可進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)通訊（P2P）和卡片模擬（Card   Emulation），符合金融和支付產(chǎn)業(yè)的EMVco和PBOC標準。具有主動(dòng)波形塑形、自動(dòng)天線(xiàn)調諧、動(dòng)態(tài)功率輸出和多天線(xiàn)支持等功能，確保在不同環(huán)境下獲得穩定可靠的性能。

通訊速率高達10Mbps的SPI界面和3.4Mbps的I2C界面，工作電壓范圍為2.4V至5.5V，功耗范圍為1.6W至0.5W。提供WF   32引腳QFN和WLCSP-36封裝選項，以滿(mǎn)足不同的設計需求。ST25R系列NFC讀寫(xiě)器廣泛被應用在POS付款系統、門(mén)鎖、車(chē)用電子鎖等應用，其安全可靠性已受到市場(chǎng)認可。

除了物件識別和電子支付等已普及的應用外，由于NFC/RFID具有獨特的能量傳輸特性，NFC  Forum已制定了相應的無(wú)線(xiàn)充電標準，由于功率較低，此功能主要針對小型周邊設備。NFC  Forum定義的NFC/RFID無(wú)線(xiàn)充電架構包括接收端的Listener（WLC-L）和****端的Poller（WLC-P），可透過(guò)NDEF標準交換數據，傳輸方式分為Static和Negotiated兩種。

Static模式下的最大傳輸功率為100mW，   Negotiated模式則有0.25W、0.5W、0.75W和1W等四個(gè)傳輸等級。未來(lái)的應用將以隨身耳機、智能手表、傳感設備、智能戒指和數碼設備配件為主。目前，ST已經(jīng)推出了WLC-Poller和WLC-Listener兩種NFC／RFID無(wú)線(xiàn)充電開(kāi)發(fā)板，協(xié)助客戶(hù)快速完成產(chǎn)品設計。

在安全物聯(lián)網(wǎng)的應用，隨著(zhù)連接到網(wǎng)絡(luò )商品被黑客攻擊的事件與日俱增，如果需要更高層級的應用，ST也提供了具有Common  Criteria  EAL5以上等級的安全認證的STSAFE-A110安全芯片，將私鑰、公鑰、憑證在芯片出廠(chǎng)前，在ST經(jīng)過(guò)安全認證的工廠(chǎng)燒錄，且芯片具有防止芯片逆向工程的功能，可以防止黑客利用逆向工程竊取私鑰。

另外，STSAFE-A110亦支持亞馬遜的AWS、微軟的Azure或其他私有云端認證，在一些數碼家庭、工業(yè)安全物聯(lián)網(wǎng)應用上，便于設計開(kāi)發(fā)產(chǎn)品。另外，如果產(chǎn)品有使用線(xiàn)上移動(dòng)的方案而需要嵌入式SIM卡，ST也有ST4SIM200系列產(chǎn)品，可以應用在工業(yè)、車(chē)聯(lián)網(wǎng)、M2M及各種3G、4G、5G、NB-IoT等線(xiàn)上物聯(lián)網(wǎng)上，提供安全穩定的連結及數據傳輸。

總結來(lái)看，ST在安全物聯(lián)網(wǎng)的應用，無(wú)論是電子類(lèi)或非電子類(lèi)，從產(chǎn)品包裝、設計、研發(fā)、生產(chǎn)到售后服務(wù)，都可提供方便、安全、低功耗、節省成本的一站式完整方案。

軟硬兼具打造開(kāi)發(fā)環(huán)境 落實(shí)智能化應用愿景

NFC的應用多元，產(chǎn)業(yè)電腦大廠(chǎng)研華就采用了ST的產(chǎn)品，打造出EPD解決方案。研華臺灣區業(yè)務(wù)處鍾翊達表示，電子紙的環(huán)境友善、雙穩態(tài)、反射式技術(shù)三大特色，可在協(xié)助場(chǎng)域業(yè)者減少人力物力成本、提升工作效率的同時(shí)，達到環(huán)保節能需求。以EPD-230設備為例，此產(chǎn)品配備3個(gè)LED燈與按鈕，可提供多種人機互動(dòng)設計，其中LED可作為指示器，按鈕可協(xié)助使用者查看不同的頁(yè)面信息。

研華的EPD解決方案已有多個(gè)成功案例，例如航空公司以EPD-210為VIP客戶(hù)制作行李牌，顯示登機信息等,   在無(wú)源情況下依舊可以顯示信息，此外13.3寸與31.2寸電子紙裝置，在城市、工廠(chǎng)、建筑、物流倉儲、醫療照護等場(chǎng)域，也都有成功案例，例如研華林口總部的接駁車(chē)站牌，就利用EPD解決方案打造出候車(chē)信息系統，優(yōu)化搭乘體驗。

ST臺灣CSMM部門(mén)技術(shù)行銷(xiāo)經(jīng)理吳祥民在「ST25  NFC and STSAFE安全元件使用案例」演講中，特別指出STSAFE-A110安全元件已通過(guò)Common Criteria  EAL5+安全認證，可提供身份認證和數據保護服務(wù)等服務(wù)。  STSAFE-A110的典型應用包括耗材、配件或電動(dòng)工具電池等產(chǎn)品的品牌保護和控制耗材使用數量，以及在連接設備的安全性上可以驗證設備是否正品或其瀏覽權限，  確保交換數據的機密性和完整性或確保嵌入式韌體的完整性。

繼安全性設計后，ST臺灣CS部門(mén)專(zhuān)案經(jīng)理李慶嘉緊接著(zhù)介紹ST25的天線(xiàn)設計。他指出ST在天線(xiàn)設計領(lǐng)域擁有豐富的專(zhuān)業(yè)知識，已針對不同標準和應用場(chǎng)域設計出最佳化的天線(xiàn)架構，為了協(xié)助設備制造商快速開(kāi)發(fā)產(chǎn)品，ST提供了ST25R3916設計工具和驗證建議，開(kāi)發(fā)者只需輸入天線(xiàn)的尺寸參數，例如長(cháng)寬、距離、厚度和相關(guān)參數，即可自動(dòng)計算對應的天線(xiàn)電感值，進(jìn)而方便評估天線(xiàn)的設計。

此外，市場(chǎng)上也有專(zhuān)業(yè)儀器可用于驗證。對于NFC天線(xiàn)設計，李慶嘉介紹了六個(gè)步驟，包括需求厘清、天線(xiàn)空間評估、天線(xiàn)設計、信號量測和模擬、天線(xiàn)匹配線(xiàn)路模擬，以及最終的驗證和最佳化調整。工程師可參考ST提供的AN2866、AN5276、AN5240等多個(gè)參考設計文件，有助于縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期。

NFC／RFID與MCU的兩大關(guān)鍵零組件的整合，可協(xié)助工程師開(kāi)發(fā)各種智能化設備，ST臺灣GPM部門(mén)技術(shù)行銷(xiāo)經(jīng)理張世昌在「STM32一站式服務(wù)方案」簡(jiǎn)報中表示，STM32做為MCU領(lǐng)域領(lǐng)導品牌，整體布局非常完整，其中包括針對不同需求設計的16種通用型產(chǎn)品、3款具備無(wú)線(xiàn)傳輸功能的MCU與1款MPU。除了產(chǎn)品線(xiàn)之外，硬件方面ST提供了STM32  Nucleo、探索套件、評估板及STM32 Nucleo 擴充套件等硬件評估工具與來(lái)自第三方合作夥伴的開(kāi)發(fā)板。

軟件方面則有包含STM32Cube免費的生態(tài)系統提供使用者從系統開(kāi)發(fā)到產(chǎn)品釋出期間的協(xié)助  , 如STM32CubeMX，STM32CubeIDE , STM32Cube Programmer , STM32Cube  Monitor等。另外 , 針對不同產(chǎn)品應用上也提供了免費開(kāi)發(fā)軟件 , 如人機界面開(kāi)發(fā)TouchGFX、馬達控制  MCSDK等工具來(lái)提供此類(lèi)應用上的設計協(xié)助。

至于目前產(chǎn)業(yè)界高度重視的網(wǎng)安保護，STM32從系統層面的存儲器保護、加解密驗證、產(chǎn)品平臺認證和代碼隔離四大設計上的需求提供不同的軟硬件協(xié)助，運用上述完善的安全設計元素，將可一次滿(mǎn)足產(chǎn)品業(yè)者的網(wǎng)安保護需求，降低產(chǎn)品開(kāi)發(fā)門(mén)檻，提供以STM32  Trust信任為基礎的一站式多元解決方案。

從「安全物聯(lián)網(wǎng)研討會(huì )」的專(zhuān)業(yè)演講與熱烈互動(dòng)可看出，市場(chǎng)對物聯(lián)網(wǎng)效能、安全性的重視已愈來(lái)愈高，未來(lái)ST將深耕此領(lǐng)域，以專(zhuān)業(yè)經(jīng)驗和技術(shù)能量持續優(yōu)化產(chǎn)品布局，協(xié)助客戶(hù)建構效能與安全間距物聯(lián)網(wǎng)機制，搶攻龐大智能化商機。