ST完整軟硬件布局 打造效能與安全兼具物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)

 意法半導(dǎo)體臺灣CSMM部門經(jīng)理黃鐙誼。DIGITIMES攝

物聯(lián)網(wǎng)被視為智能化系統(tǒng)的核心架構(gòu)，對企業(yè)的數(shù)碼轉(zhuǎn)型至關(guān)重要。ST長期深耕物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，已累積龐大的專業(yè)經(jīng)驗(yàn)與技術(shù)能量，為協(xié)助系統(tǒng)業(yè)者打造高效能物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)安防御機(jī)制，日前舉辦的「安全物聯(lián)網(wǎng)研討會」，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(yīng)場域需求，建構(gòu)高效能系統(tǒng)，提高平臺的安全性和可用性。

文曄科技行銷處資深經(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(qū)動(dòng)力，不過要打造效功能與便利兼具的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，必須有低耗電端點(diǎn)控制器、線上通訊模塊、精準(zhǔn)傳感器、完善網(wǎng)安防御機(jī)制等眾多要件同時(shí)到位，方能建構(gòu)穩(wěn)定運(yùn)作的物聯(lián)網(wǎng)，此研討會即是針對設(shè)備與系統(tǒng)商量身打造，希望借此協(xié)助各領(lǐng)域客戶加速產(chǎn)品開發(fā)時(shí)程。

文曄科技行銷處資深經(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，其安全性也漸受場域業(yè)者重視，ST臺灣CSMM部門經(jīng)理黃鐙誼在「物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)階的設(shè)計(jì)和方案」議題中指出，物聯(lián)網(wǎng)安全性數(shù)碼世界的重要性日增。從架構(gòu)運(yùn)作層面來看，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)是透過終端傳感器擷取大量高機(jī)敏性數(shù)據(jù)，再經(jīng)由有線或無線的閘道器將數(shù)據(jù)傳輸致上層云端，與現(xiàn)在常見的電子系統(tǒng)不同，物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的終端除了電子設(shè)備外，也包括各種非電子產(chǎn)品，因此可應(yīng)用于建筑家庭、制造、醫(yī)療、物流倉儲、教育與農(nóng)業(yè)等場域。

由于數(shù)據(jù)數(shù)量龐大且多為個(gè)人隱私或企業(yè)組織機(jī)密，因此必須讓終端設(shè)備擁有各自的獨(dú)特身份識別，協(xié)助系統(tǒng)快速識別數(shù)據(jù)所屬之處，并高度重視傳輸?shù)耐暾?、安全性，避免?shù)據(jù)被竊取或篡改。除此之外，為了提升可用性，此一傳輸機(jī)制還必須納入成本、易使用與低耗電考量，就此來看，NFC/RFID會是物聯(lián)網(wǎng)再多數(shù)應(yīng)用場域的最佳選擇。

黃鐙誼接著表示，NFC是已然普及無線通訊技術(shù)，具備安全短距離、低數(shù)據(jù)與低功耗特色，相較于藍(lán)牙、Wi-Fi等通訊標(biāo)準(zhǔn)，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(gòu)由電子標(biāo)簽（Tag）與讀寫器（Reader）組成，電子標(biāo)簽又分為被動(dòng)式標(biāo)簽與動(dòng)態(tài)標(biāo)簽，前者主要用于消費(fèi)性產(chǎn)品、電子票券、游戲、資產(chǎn)追蹤…等，動(dòng)態(tài)標(biāo)簽則多以工業(yè)控制、智能燈具、智能儀表、健康照護(hù)等場域?yàn)橹鳎瑑烧咦畲蟛煌潜粍?dòng)式電子標(biāo)簽是被動(dòng)感應(yīng)，標(biāo)簽內(nèi)僅有線圈，無須電力驅(qū)動(dòng)，動(dòng)態(tài)標(biāo)簽則須與MCU整合發(fā)出信號，因此需要一定的電力驅(qū)動(dòng)，不過耗電量相當(dāng)?shù)?，無論是被動(dòng)式或主動(dòng)式電子標(biāo)簽，都需與讀寫器連結(jié)傳輸數(shù)據(jù)，進(jìn)而完成各種智能化應(yīng)用。

有監(jiān)于近年NFC／RFID的應(yīng)用逐漸擴(kuò)大，已從的物件識別延伸至電子支付。為了讓創(chuàng)新應(yīng)用有規(guī)范可循，NFC   Forum制定出統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)交換格式–NDEF規(guī)范，在此規(guī)范下，只要設(shè)備內(nèi)建NDEF格式，無需開發(fā)上層應(yīng)用軟件的狀態(tài)下就能透過NDEF的電子標(biāo)簽交換數(shù)據(jù)，大幅優(yōu)化系統(tǒng)開發(fā)時(shí)程與使用體驗(yàn)，例如打印機(jī)廠商將產(chǎn)品信息寫入貼附在打印機(jī)的NDEF電子標(biāo)簽上，維修單位可透過讀寫器讀取數(shù)據(jù)，借此快速識別產(chǎn)品真?zhèn)巍?/p>

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(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)與應(yīng)用層面，被動(dòng)式電子標(biāo)簽的ST25TV、ST25TA與動(dòng)態(tài)標(biāo)簽的ST25DV-I2C、ST25DV-PWM均符合NFC  Forum規(guī)范，可用于iOS與Android app兩大手機(jī)操作系統(tǒng)；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。

黃鐙誼緊接著介紹ST的NFC／RFID產(chǎn)品線。從產(chǎn)品分類來看，ST的NFC／RFID電子標(biāo)簽部分，可區(qū)分為ISO  14443、ISO 15693兩大標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，其中ST25TV支持ISO15693和NFC Type  5協(xié)定，可實(shí)現(xiàn)高達(dá)53Kbps的通訊速度。該芯片內(nèi)建EEPROM存儲器，容量從512b到64Kb不等，可保留數(shù)據(jù)長達(dá)60年，并進(jìn)行10萬次讀寫。ST25TV還提供了增強(qiáng)的NDEF  TruST25數(shù)碼簽章功能，確保數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)保護(hù)和時(shí)間紀(jì)錄。

每個(gè)芯片都有唯一的UID，用于標(biāo)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(biāo)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(rèn)證，可在各種安全物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中使用。

動(dòng)態(tài)標(biāo)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(dá)53kbps的通訊速度。芯片內(nèi)建的256位元組緩沖區(qū)和EEPROM存儲器，其容量范圍從4Kb到64Kb，可保留數(shù)據(jù)長達(dá)40年與100萬次讀寫。ST25DV-I2C  EVO具備快速傳輸模式，可加快數(shù)據(jù)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(shè)計(jì)有I2C  1MHz界面，每次寫入16位元組頁，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(xiàng)，包括SO8、TSSOP8、FPN8、FPN12和WLCSP10。將動(dòng)態(tài)標(biāo)簽和控制器結(jié)合可以開發(fā)出與手機(jī)運(yùn)用的創(chuàng)新下一代產(chǎn)品，例如將ST25DV-I2C使用在FlashU盤上，可以藉由手機(jī)上的生物識別預(yù)先認(rèn)證，再透過ST25DV-I2C將FlashU盤上鎖或解鎖，達(dá)到數(shù)據(jù)保護(hù)的目的，而且節(jié)省在FlashU盤上安裝生物識別芯片的成本。

ST25R   系列NFC讀寫器支持多種標(biāo)準(zhǔn)協(xié)定，如ISO14443-A/B、Felica、ISO15693和ISO18092，適用多種應(yīng)用場景。除了讀寫功能外，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(biāo)準(zhǔn)。具有主動(dòng)波形塑形、自動(dòng)天線調(diào)諧、動(dòng)態(tài)功率輸出和多天線支持等功能，確保在不同環(huán)境下獲得穩(wěn)定可靠的性能。

通訊速率高達(dá)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(xiàng)，以滿足不同的設(shè)計(jì)需求。ST25R系列NFC讀寫器廣泛被應(yīng)用在POS付款系統(tǒng)、門鎖、車用電子鎖等應(yīng)用，其安全可靠性已受到市場認(rèn)可。

除了物件識別和電子支付等已普及的應(yīng)用外，由于NFC/RFID具有獨(dú)特的能量傳輸特性，NFC  Forum已制定了相應(yīng)的無線充電標(biāo)準(zhǔn)，由于功率較低，此功能主要針對小型周邊設(shè)備。NFC  Forum定義的NFC/RFID無線充電架構(gòu)包括接收端的Listener（WLC-L）和****端的Poller（WLC-P），可透過NDEF標(biāo)準(zhǔn)交換數(shù)據(jù)，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?shù)燃墶Ｎ磥淼膽?yīng)用將以隨身耳機(jī)、智能手表、傳感設(shè)備、智能戒指和數(shù)碼設(shè)備配件為主。目前，ST已經(jīng)推出了WLC-Poller和WLC-Listener兩種NFC／RFID無線充電開發(fā)板，協(xié)助客戶快速完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)。

在安全物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用，隨著連接到網(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(yīng)用，ST也提供了具有Common  Criteria  EAL5以上等級的安全認(rèn)證的STSAFE-A110安全芯片，將私鑰、公鑰、憑證在芯片出廠前，在ST經(jīng)過安全認(rèn)證的工廠燒錄，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(rèn)證，在一些數(shù)碼家庭、工業(yè)安全物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用上，便于設(shè)計(jì)開發(fā)產(chǎn)品。另外，如果產(chǎn)品有使用線上移動(dòng)的方案而需要嵌入式SIM卡，ST也有ST4SIM200系列產(chǎn)品，可以應(yīng)用在工業(yè)、車聯(lián)網(wǎng)、M2M及各種3G、4G、5G、NB-IoT等線上物聯(lián)網(wǎng)上，提供安全穩(wěn)定的連結(jié)及數(shù)據(jù)傳輸。

總結(jié)來看，ST在安全物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用，無論是電子類或非電子類，從產(chǎn)品包裝、設(shè)計(jì)、研發(fā)、生產(chǎn)到售后服務(wù)，都可提供方便、安全、低功耗、節(jié)省成本的一站式完整方案。

軟硬兼具打造開發(fā)環(huán)境 落實(shí)智能化應(yīng)用愿景

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

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客戶制作行李牌，顯示登機(jī)信息等,   在無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、建筑、物流倉儲、醫(yī)療照護(hù)等場域，也都有成功案例，例如研華林口總部的接駁車站牌，就利用EPD解決方案打造出候車信息系統(tǒng)，優(yōu)化搭乘體驗(yàn)。

ST臺灣CSMM部門技術(shù)行銷經(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Common Criteria  EAL5+安全認(rèn)證，可提供身份認(rèn)證和數(shù)據(jù)保護(hù)服務(wù)等服務(wù)。  STSAFE-A110的典型應(yīng)用包括耗材、配件或電動(dòng)工具電池等產(chǎn)品的品牌保護(hù)和控制耗材使用數(shù)量，以及在連接設(shè)備的安全性上可以驗(yàn)證設(shè)備是否正品或其瀏覽權(quán)限，  確保交換數(shù)據(jù)的機(jī)密性和完整性或確保嵌入式韌體的完整性。

繼安全性設(shè)計(jì)后，ST臺灣CS部門專案經(jīng)理李慶嘉緊接著介紹ST25的天線設(shè)計(jì)。他指出ST在天線設(shè)計(jì)領(lǐng)域擁有豐富的專業(yè)知識，已針對不同標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用場域設(shè)計(jì)出最佳化的天線架構(gòu)，為了協(xié)助設(shè)備制造商快速開發(fā)產(chǎn)品，ST提供了ST25R3916設(shè)計(jì)工具和驗(yàn)證建議，開發(fā)者只需輸入天線的尺寸參數(shù)，例如長寬、距離、厚度和相關(guān)參數(shù)，即可自動(dòng)計(jì)算對應(yīng)的天線電感值，進(jìn)而方便評估天線的設(shè)計(jì)。

此外，市場上也有專業(yè)儀器可用于驗(yàn)證。對于NFC天線設(shè)計(jì)，李慶嘉介紹了六個(gè)步驟，包括需求厘清、天線空間評估、天線設(shè)計(jì)、信號量測和模擬、天線匹配線路模擬，以及最終的驗(yàn)證和最佳化調(diào)整。工程師可參考ST提供的AN2866、AN5276、AN5240等多個(gè)參考設(shè)計(jì)文件，有助于縮短產(chǎn)品開發(fā)周期。

NFC／RFID與MCU的兩大關(guān)鍵零組件的整合，可協(xié)助工程師開發(fā)各種智能化設(shè)備，ST臺灣GPM部門技術(shù)行銷經(jīng)理張世昌在「STM32一站式服務(wù)方案」簡報(bào)中表示，STM32做為MCU領(lǐng)域領(lǐng)導(dǎo)品牌，整體布局非常完整，其中包括針對不同需求設(shè)計(jì)的16種通用型產(chǎn)品、3款具備無線傳輸功能的MCU與1款MPU。除了產(chǎn)品線之外，硬件方面ST提供了STM32  Nucleo、探索套件、評估板及STM32 Nucleo 擴(kuò)充套件等硬件評估工具與來自第三方合作夥伴的開發(fā)板。

軟件方面則有包含STM32Cube免費(fèi)的生態(tài)系統(tǒng)提供使用者從系統(tǒng)開發(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(yīng)用上也提供了免費(fèi)開發(fā)軟件 , 如人機(jī)界面開發(fā)TouchGFX、馬達(dá)控制  MCSDK等工具來提供此類應(yīng)用上的設(shè)計(jì)協(xié)助。

至于目前產(chǎn)業(yè)界高度重視的網(wǎng)安保護(hù)，STM32從系統(tǒng)層面的存儲器保護(hù)、加解密驗(yàn)證、產(chǎn)品平臺認(rèn)證和代碼隔離四大設(shè)計(jì)上的需求提供不同的軟硬件協(xié)助，運(yùn)用上述完善的安全設(shè)計(jì)元素，將可一次滿足產(chǎn)品業(yè)者的網(wǎng)安保護(hù)需求，降低產(chǎn)品開發(fā)門檻，提供以STM32  Trust信任為基礎(chǔ)的一站式多元解決方案。

從「安全物聯(lián)網(wǎng)研討會」的專業(yè)演講與熱烈互動(dòng)可看出，市場對物聯(lián)網(wǎng)效能、安全性的重視已愈來愈高，未來ST將深耕此領(lǐng)域，以專業(yè)經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)能量持續(xù)優(yōu)化產(chǎn)品布局，協(xié)助客戶建構(gòu)效能與安全間距物聯(lián)網(wǎng)機(jī)制，搶攻龐大智能化商機(jī)。