低功耗蓝牙SoC器件nRF52产品介绍

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低功耗蓝牙SoC器件nRF52产品介绍
Nordic Semiconductor在2012年
) W. F5 }" _! N3 B2 m推出nRF51产品系列，率先设计和开
3 r4 |  A) V4 P+ z0 z发了低功耗蓝牙SoC器件，其后继续
; g( B7 i3 T2 V( T  l推出nRF52系列产品。例如最近推出
) ]) ^& K2 B2 k" I% L) H的nRF52810 SoC，这是符合蓝牙5标
准的芯片，带有具有良好计算能力的
64MHz、32位ARM Cortex M4微控制
器，100dBm链路预算2.4GHz多协议
无线电，以及分别为4.6mA(输出功率
为0dBm)和4.6mA(吞吐量为1Mbps)的
7 g- ]/ d6 W$ e3 ~2 ]峰值Tx和Rx功耗以提供长电池寿命。
nRF52810 SoC是Nordic的入门
级蓝牙5/低功耗蓝牙产品，可降低信
标应用材料清单(BoM)成本。这款SoC
; u# O: O; X9 d+ [; X器件继承了nRF52系列SoC器件的高
性能。nRF52810 SoC集成了196kB
Flash和24kB RAM。内存配置足以运
行典型的高容量、低成本应用程序代
码，并支持OTA固件更新。这款SoC器
件采用带有32个GPIO的6×6mm 48引
" u$ W, v* H1 {; l  w脚QFN封装，或者采用带有16个GPIO
的5×5mm 32引脚QFN封装。
对于没有RF硬件设计经验的开发
人员来说，另一种方法是以开发套
件(DK)的形式投资经过组装和测试的
( e, L" L% ~# U$ [  }" h硬件，大多数芯片制造商提供此类产
品。就这部分而言，Nordic提供nRF52
开发套件(DK)，可以连接到PC或Mac
3 e3 G1 x/ j! i7 i$ A) g上用于开发，并构成使用nRF52810
SoC进行信标产品原型设计所需的全
% g: r8 x! Y8 `部硬件(图2)。
: v9 _' ]" \2 M3 b/ Z

这个DK通过连接器提供针对SoC
5 |" A7 p& A5 K) m& J8 c2 x所有I/O和接口的直接访问，并且包
, _  @3 J4 o! D* L括四个用户可编程LED和按钮。这个
DK的另一个方便功能就是与Arduino
# X5 z: w9 `: B3 i, W( PUno(修订版3)标准硬件兼容，可以使
% j' `' n8 q1 D( ~# R  c) g8 w4 d创建应用程序代码
' U1 G' B4 _7 R9 n- e5 X虽然低功耗蓝牙SoC供应商在开发方
面各师各法，但他们的软件都基于工
厂提供的蓝牙5/低功耗蓝牙RF协议
栈。开发人员的任务是为其信标设计
% B3 G  i9 e1 z1 P编写应用程序代码。这需要克服一些
挑战：蓝牙技术联盟(SIG)没有制订用
于信标的“规范(Profile)”(经过测试
和验证的应用软件)；在信标通信中，
, k7 X, }* ^* y* @& `广播信道的使用方法与其它低功耗蓝
  |. y9 U' g( h& Z$ K5 b牙应用不同，即不建立配对，而是直
0 Y: ~# U) |0 ?接向范围内的设备广播数据；此外，
1 N; X0 L5 Z% h8 P应用程序代码需要遵守Apple iBeacon
和Google Eddystone规范，以确保与
Apple和安卓手机的互操作性。如果
$ x) l9 F2 N$ r4 |没有适当的管理，在应用程序代码编
译期间，供应商的低功耗蓝牙协议栈
可能会被破坏，从而延长调试过程。
! N& J/ |3 L, Y! a& {Nordic的低功耗蓝牙设计方法是
& z$ W9 x, H0 v; g! B8 B从开发人员那里简化这种复杂性，这
6 m, Y+ n4 ~9 R2 @种方法的关键是该公司独特的软件架
, j" f5 {4 {& A构，它将Nordic的RF协议栈(称为“堆
栈”)与应用程序代码完全分开，这种
9 z$ o' S2 l" p% @7 j9 A. \方法意味着开发人员可以专注于应用
程序代码的质量，因为他们安心知道
堆栈在设计过程中不会被破坏。在编
8 X/ N  K6 O$ L( A" p0 U2 R译期间，开发工具负责管理Nordic RF
' m/ g. c& ]3 w4 o* L  H" x+ k; b) _协议栈与应用程序代码之间的链接，
并且保持高效可靠的堆栈操作的关键
- x1 L" ^5 E2 Y# h, |依赖性(图4)。
; m. p( B- ^( VNordic DK的主机低功耗蓝牙SoC
) L3 L+ s: k5 O+ K0 R/ n在交付时是空白的，所需堆栈的预
编译二进制文件从Nordic的网站上下
载，并使用nRF Connect无缝移植到
DK的SoC上。nRF Connect是Nordic
- m% D" D0 [# q* h的跨平台工具，可以通过低功耗蓝牙
进行测试和开发(nRF Connect提供桌
7 h, {* c; Z- L面和移动版本，允许开发人员使用低
  X, [8 U3 @) Z/ [功耗蓝牙连接，分别从PC或智能手机
. t+ l. }8 J* B  c  O与其原型构建产品进行通信)。对于使
用nRF52810 SoC的信标应用，推荐
+ O* ]; B  b7 ~! L使用S112堆栈，仅占用100kB Flash
# w- H8 c. }5 {, s! F& @0 t内存，这是用于构建信标等高性能低
功耗蓝牙应用的蓝牙5兼容协议栈。
& d  N( R( i- f4 O3 z6 Z使用Nordic技术时，应用软件开
4 Y, h; x$ }* u9 `发人员需要三个基本工具，第一个是
+ ]" }0 C1 U7 d) w% f1 Y8 R带有Nordic支持的编译器的集成开发
* h& G& w  U# O4 X6 [" {& Z: _环境(IDE)(例如SEGGER Embedded
) I. c, ^! f( |: k) T2 v; a; J5 ~Studio、MDK-ARM Keil、GNU/GCC
' ?& v4 z& T- c' ]1 l' Y或IAR(所有这些IDE均支持Windows，
但只有SEGGER和GNU/GCC同时支
持Linux和OSX))。
  |, l7 c; Y9 V8 ^- Q开发人员还需要使用Nordic的
$ B% g: W" v1 x% r% }5 W' fnRF5软件DK(SDK)和nRF5x命令行工
7 x3 k- |- F$ t. @1 Z% I" s具。为了减低信标应用程序代码开发
, ]: o: N6 F' z0 i的复杂性，nRF5 SDK包含软件示例、
源文件和其它有用的开发项目。
重振信标应用
% \4 a+ o: u' R; u9 \5 n, E蓝牙4,4.1和4.2以及Apple和Google
信标规范鼓励开发人员为机场、博物
  c; A" d8 w( h, m+ x' `! X馆和画廊等公共场所提供零售和定位
' d% {* D% ?  C3 i( `6 E应用的早期设计。但是，在这些版本
的核心规范中，广播信道的受限有效
载荷可能会限制创新。蓝牙5技术的
; {3 [/ F3 T& Z6 l8 D$ i广播扩展功能可以实现先前无法达成
的零售和室内导航信标应用，从而重
振信标行业。
% S& p4 Y3 v+ ~& Z* j) g3 \对于缺乏经验的开发人员来说，
利用这个协议增强功能似乎是一件十
分困难的事情。不过，通过与Nordic
3 z( h& f7 e! n/ }Semiconductor等成熟的低功耗蓝牙
供应商合作，可以简化成功实施信标
2 A' h$ M% C$ Y- z应用的过程。
然而，与所有的工程设计一样，事
情有时会变得困难，特别是对于首次
开发信标应用程序的开发人员而言。
9 I6 l3 y# C2 V7 A+ d2 D% T; s# m好消息是，无线设计社群内有许多先
% x0 [; P) z9 p: C! R! D锋，并且乐意分享经验。例如，Nordic
2 V+ x: \! O' F的DevZone开发社区云集了25,000名
! m: J9 `6 w: g8 g设计人员，他们很可能会解决十分棘
1 Z8 r$ s/ T+ r手的信标设计问题。
用众多商用第三方盾中来增强功能

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带有具有良好计算能力的
. ~& W: U2 r. c" D4 Y6 c64MHz、32位ARM Cortex M4微控制
器