藍(lán)牙Mesh應(yīng)用選擇芯片資料下載

在本系列的前幾篇文章中，我們討論了、以及。藍(lán)牙Mesh的各項(xiàng)功能使其成為一種具有互操作性的安全低功耗網(wǎng)絡(luò)。 不可否認(rèn)，這些特性使藍(lán)牙Mesh方案的實(shí)現(xiàn)略顯復(fù)雜。如果讓系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員從頭處理所有這些復(fù)雜問題，那么推出一款產(chǎn)品需要耗費(fèi)數(shù)百人年的工作量。除此之外，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用類型極為豐富多樣，針對(duì)每種應(yīng)用需要不同的外設(shè)功能與CPU處理能力，例如，如果您在設(shè)計(jì)智能家居產(chǎn)品，有些可能采用電池供電，有些采用交流電源供電，有些需要處理模擬信號(hào)，有些需要強(qiáng)大的處理能力和大量數(shù)字外設(shè)接口。 對(duì)于系統(tǒng)開發(fā)來說，固件開發(fā)需要的時(shí)間最長，工作量最大。盡管工程師設(shè)計(jì)的系統(tǒng)各不相同，如果使用同一芯片，那么其中一些固件還是可以重復(fù)使用的?；诖耍こ處煘槭卓町a(chǎn)品評(píng)估選擇器件/平臺(tái)時(shí)，往往非常謹(jǐn)慎和嚴(yán)格，以便后續(xù)產(chǎn)品能最大限度地重復(fù)使用IP和現(xiàn)有固件。 在本文中我們將討論，在為藍(lán)牙Mesh應(yīng)用選擇芯片平臺(tái)時(shí)，必須考慮的幾個(gè)關(guān)鍵因素。 整體來說，藍(lán)牙Mesh應(yīng)用開發(fā)和部署需要三個(gè)關(guān)鍵組成部分： ● 硬件 ● 軟件/固件 ● 移動(dòng)設(shè)備APP 硬件 在選擇藍(lán)牙Mesh產(chǎn)品平臺(tái)時(shí)，首要的步驟是了解平臺(tái)器件的現(xiàn)在和未來，在選擇器件時(shí)應(yīng)做長期考慮。舉個(gè)例子，圖1是智能家居系統(tǒng)的示例。 圖1 使用藍(lán)牙Mesh的智能家居系統(tǒng)示例 正如您所看到的，這個(gè)網(wǎng)絡(luò)中有各種設(shè)備，包括燈泡、風(fēng)扇、溫控器和百葉窗控制器?，F(xiàn)實(shí)中的智能家居系統(tǒng)可以使用類型更豐富的藍(lán)牙Mesh產(chǎn)品，如開關(guān)、調(diào)光器、人體感應(yīng)器、噴灌控制器等。如果您正在設(shè)計(jì)智能家居產(chǎn)品，您需要設(shè)計(jì)出符合所有這些用途的系統(tǒng)平臺(tái)。因此，即使您只是在開發(fā)智能開關(guān)應(yīng)用，您仍然需要審視其他產(chǎn)品，為其他產(chǎn)品設(shè)計(jì)留有余量。 每種這樣的應(yīng)用都有不同的設(shè)計(jì)要求，樓宇自動(dòng)化等其他領(lǐng)域也存在相同的情況。所以，您的設(shè)計(jì)應(yīng)采用一種能夠滿足大多數(shù)應(yīng)用需求的平臺(tái)。此外，您應(yīng)該能夠根據(jù)應(yīng)用需求調(diào)整或裁剪原有固件，而不必從頭開始新的設(shè)計(jì)。 在選擇藍(lán)牙Mesh平臺(tái)芯片前，首先應(yīng)該深入了解芯片的規(guī)格與特性。 01、發(fā)射功率與接收靈敏度 對(duì)于無線設(shè)備而言，最重要的指標(biāo)之一是發(fā)射功率與接收靈敏度。發(fā)射功率與接收靈敏度決定了設(shè)備的鏈路預(yù)算，以及設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)中其他節(jié)點(diǎn)間的通信距離。雖然藍(lán)牙Mesh旨在拓展網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍，但發(fā)射功率與接收靈敏度決定了網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)間的通信距離。 正如我們前文提到的，不同的產(chǎn)品功能需求都不同，因此芯片的需求會(huì)隨著應(yīng)用的變化而改變。此外，提供較高的發(fā)射功率也會(huì)增大電流消耗。對(duì)于電池供電的應(yīng)用場景，可能需要限制發(fā)射功率，才能降低功耗、延長電池續(xù)航時(shí)間。例如，溫度和濕度傳感器、智能開關(guān)等應(yīng)用通常采用電池供電，使用較低發(fā)射功率會(huì)更加理想。另一方面，交流電源供電應(yīng)用能夠支持更高的發(fā)射功率，從而拓展網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍。因此，對(duì)于交流電源供電應(yīng)用而言，能夠支持高達(dá)10dBm發(fā)射功率的器件是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。 具備Mesh功能的器件應(yīng)該既要能夠支持電池供電應(yīng)用所要求的較低發(fā)射功率，也要支持交流電源供電應(yīng)用所要求的較高發(fā)射功率，能夠提供不同的發(fā)射功率選項(xiàng)的同系列芯片是明智的做法。這樣您只需對(duì)BOM進(jìn)行修改，而無需對(duì)電路板布局進(jìn)行任何更改，便于簡化新產(chǎn)品設(shè)計(jì)，加快產(chǎn)品上市進(jìn)程。 芯片可以集成功率放大器（IPA）達(dá)到更遠(yuǎn)的傳輸距離。但采用IPA會(huì)產(chǎn)生額外的成本。為了降低BOM成本，針對(duì)電池供電應(yīng)用，可以采用pin to pin引腳兼容、但發(fā)射功率較低的低成本器件（如果有這種器件可供選擇）。例如，為滿足這一需求，賽普拉斯同時(shí)提供支持 4dBm發(fā)射功率的 CYW20819和支持最高達(dá) 10dBm發(fā)射功率的 CYW20820。兩者采用引腳兼容的封裝，并提供相同的功能集。 02、功耗2 無論是交流電源供電還是電池供電，任何產(chǎn)品必須仔細(xì)考慮功耗問題。為了提高產(chǎn)品的環(huán)保性，監(jiān)管機(jī)構(gòu)不斷施壓，要求降低功耗，甚至對(duì)交流電源供電設(shè)備也不例外。如果產(chǎn)品不符合規(guī)定的功耗要求，就可能無法出售。 在考慮設(shè)備功耗時(shí)，必須考量多種因素。首先是收發(fā)過程中產(chǎn)生的無線電功耗。大多數(shù)藍(lán)牙Mesh節(jié)點(diǎn)持續(xù)地掃描數(shù)據(jù)包。因此，這些設(shè)備幾乎全部時(shí)間處于接收模式下，接收器功耗成為最重要的考量參數(shù)之一。 對(duì)于用作中繼器、對(duì)收到的消息進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)的Mesh設(shè)備來說，發(fā)射功耗是另一大重要指標(biāo)。我們必須在器件的最大發(fā)射功率下考量發(fā)射功耗，有些器件在較低的發(fā)射功率下性能更佳，但在較高的發(fā)射功率下則不然。 芯片廠商的產(chǎn)品會(huì)支持不同的低功耗模式，我們需要理解哪種模式是自己的應(yīng)用所需要的，這樣才能根據(jù)器件處于常規(guī)工作模式和低功耗模式的時(shí)間，準(zhǔn)確估算系統(tǒng)的平均功耗。 03、處理能力 一般來說，選擇處理能力強(qiáng)的器件是正確做法。例如，LED燈泡之類的應(yīng)用可能需要根據(jù)用戶需求快速處理和改變LED狀態(tài)（開/關(guān)或改變顏色）。由于設(shè)備在低功耗模式下功耗最低，使用速度較快的CPU能迅速完成處理工作。這樣，設(shè)備處于休眠模式的時(shí)間就更長，從而降低總體平均功耗。 04、存儲(chǔ) 可根據(jù)特定的應(yīng)用選擇閃存和RAM容量。找到能靈活使用存儲(chǔ)器空間的產(chǎn)品系列十分關(guān)鍵。Mesh設(shè)計(jì)方案應(yīng)該能夠在使用不同存儲(chǔ)器空間的設(shè)備之間移植應(yīng)用代碼，無需花費(fèi)額外的精力，這樣便于為存儲(chǔ)器需求較低的應(yīng)用選擇較低成本的器件。此外，部分器件使用ROM來存儲(chǔ)藍(lán)牙協(xié)議棧和外設(shè)驅(qū)動(dòng)程序，這樣可以將閃存釋放給應(yīng)用程序使用?？偲饋砜矗瑫r(shí)擁有內(nèi)部ROM和閃存的器件更加適合藍(lán)牙Mesh產(chǎn)品。 05、外設(shè) 正如前文所提及的，不同應(yīng)用可能需要不同的外設(shè)。例如，智能燈泡可能需要三、四個(gè)脈沖寬度調(diào)制器（PWM）用于RGB/RGBW LED的控制，一個(gè)數(shù)模轉(zhuǎn)換器（ADC）用于溫度測量（使用熱敏電阻器），以及一個(gè)I2C接口用作無源紅外（PIR）傳感器控制器接口；自動(dòng)調(diào)溫器需要ADC和電源管理模塊，以支持低功耗模式。在選擇平臺(tái)時(shí)，要針對(duì)所有應(yīng)用列出可能的外設(shè)需求，以便找出最符合要求的器件。 06、芯片溫度范圍 因?yàn)長ED和AC-DC子系統(tǒng)的高功率熱耗散，照明之類的應(yīng)用需要支持寬溫度范圍（最高 105°C），因此，應(yīng)選擇能夠?yàn)楫a(chǎn)品同時(shí)提供工業(yè)溫度級(jí)別和寬溫度范圍的芯片。 軟件/固件 軟件極其重要，必須認(rèn)真考慮。這里的軟件不僅僅指IDE和工具鏈，也包括底層的軟件開發(fā)套件（SDK）。IDE必須易于使用，比如基于Eclipse的IDE。 需要特別關(guān)注SDK。藍(lán)牙Mesh有多種模式和節(jié)點(diǎn)類型。具體使用哪種模式和節(jié)點(diǎn)類型取決于具體應(yīng)用。要使終端產(chǎn)品通過藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟(Bluetooth Special Interest Group，SIG)的藍(lán)牙Mesh認(rèn)證，底層的模式和節(jié)點(diǎn)類型也必須通過認(rèn)證（一些器件廠商并未通過所有的藍(lán)牙Mesh模式認(rèn)證和節(jié)點(diǎn)類型認(rèn)證）。如果應(yīng)用所需的模式未經(jīng)認(rèn)證，終端產(chǎn)品開發(fā)者需要負(fù)責(zé)完成整個(gè)認(rèn)證流程。這就要求開發(fā)者必須深入了解藍(lán)牙Mesh技術(shù)規(guī)范，并投入額外的資金與時(shí)間通過SIG認(rèn)證流程。Mesh芯片廠商理應(yīng)負(fù)責(zé)解決這一復(fù)雜問題，并提供完全通過藍(lán)牙Mesh認(rèn)證的解決方案。因此，在為您的藍(lán)牙Mesh應(yīng)用選擇芯片平臺(tái)前，應(yīng)查閱藍(lán)牙SIG網(wǎng)站，了解準(zhǔn)備選用的芯片通過了哪些Mesh模式認(rèn)證和節(jié)點(diǎn)認(rèn)證。 在確認(rèn)器件支持所有Mesh模式和節(jié)點(diǎn)類型后，應(yīng)盡量找出可用的參考示例代碼。示例代碼可讓您事半功倍。 移動(dòng)設(shè)備App 物聯(lián)網(wǎng)的理念是萬物互聯(lián)，方便用戶操控?；旧纤形锫?lián)網(wǎng)應(yīng)用都需要移動(dòng)APP，基于藍(lán)牙Mesh的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用也有同樣的要求。無論是控制燈泡還是從氣象監(jiān)測站讀取溫度信息，用戶都需要使用自己的手機(jī)訪問并控制設(shè)備。為了便于實(shí)現(xiàn)這項(xiàng)功能，芯片廠商必須為他們的藍(lán)牙Mesh產(chǎn)品提供iOS和安卓版APP。 理想情況下，芯片廠商會(huì)提供這些APP的源代碼，方便用戶進(jìn)行二次開發(fā)。如果芯片廠商不提供這類APP，您就需要從頭開發(fā)。每個(gè)應(yīng)用的App開發(fā)成本可能高達(dá)20萬美元，還不包括用戶開發(fā)APP對(duì)產(chǎn)品上市時(shí)間的影響。? 在下一篇，也是本系列文章的最后一篇，我們將討論針對(duì)藍(lán)牙Mesh應(yīng)用時(shí)應(yīng)該使用芯片還是模組。此外，我們還將探討在選擇這兩種備選方案時(shí)的考慮因素。