蓝牙低功耗入门指南

第 5 章 硬件平台 硬件平台

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支持 BLE 的产品的大多数商业用例都涉及外围设备，而不是您设计产品时要与之交互的中央设备（手机、平板电脑或个人电脑）。因此，本章将介绍一些用于设计和原型开发 BLE 外围设备的特定开发平台。

本章的讨论假定您对嵌入式系统设计（第 10 章）有基本的了解，主要目的是为产品设计者指出可能适合其产品的廉价、现成的平台。

nRF51822-EK （Nordic 半导体公司）

Nordic Semiconductors 多年来一直致力于低功耗无线解决方案，作为蓝牙技术联盟（Bluetooth SIG）的董事会成员，自 BLE 标准诞生以来，Nordic Semiconductors 一直在帮助其定义和制定核心标准。该公司在无线市场上以其广受欢迎的通用射频（RF）芯片解决方案而闻名，也是最早将价格合理的 BLE 外围模式芯片（nRF8001）推向市场的公司之一。其最新的 nRF51 系列与之前的许多单芯片射频产品相比进行了全面的重新设计，在单芯片中集成了无线电和现代 32 位 ARM 微处理器。

技术规格

Nordic 的 nRF51 系列是一款高度集成的片上系统，将兼容 BLE 的无线电和现代 ARM 处理器集成在一个低成本封装中，具有以下 特性：

• 运行频率为 16 MHz 的 ARM Cortex-M0 内核

• 128 或 256 KB 闪存（S110 BLE 堆栈需要 80 至 90 KB 闪存）

• 16 KB SRAM（使用 S110 BLE 栈的应用程序可使用 8 KB SRAM）

对于产品设计人员来说，nRF51822 是一款完全基于闪存的器件，这是其与众不同的关键因素。这意味着 BLE 堆栈被写入可修改的闪存中，并可随着内核规格的发展而更新，而不一定需要对芯片进行新的修订。

这种选择的缺点是，与基于 ROM 的解决方案相比，它增加了一些额外的单器件制造成本。但考虑到蓝牙核心规范的快速发展，从长远来看，这种赌博可能会得到回报，因为与其他选择低成本 ROM 芯片的芯片供应商相比，Nordic 有可能更快地向市场推出支持最新规范的芯片。

软设备架构

为了在其芯片上实现对 BLE 的支持（也可用于非 BLE 标准，如 ANT+ 和专有 2.4GHz 协议），Nordic 使用了一种称为SoftDevice(SD) 的技术。软器件本质上是一个黑盒子，位于闪存的底部，实现 BLE 堆栈和外设角色支持等功能。用户（应用）代码位于闪存中的较高地址，并根据需要调用该较低级别的软器件。

大多数 BLE 产品都使用 S110 SoftDevice，这是一种纯外设解决方案。该设备架构还包括支持中心角色的 S120 SoftDevice，但由于这种使用情况在 BLE 中并不常见，因此本节的讨论将侧重于 S110。

Nordic 的 SoftDevice 设计方法有利有弊。从积极的一面来看，以 SoftDevice 的形式拥有一个独立的、经过验证的、可靠的 BLE 堆栈可以让固件工程师将更多精力放在应用级代码上。他们可以处理更小的 API 和更高级的概念，如 GAP（第 3 章）和 GATT（第 4 章），而将最底层的细节（安全实现、消息验证等）留给 SoftDevice。

软设备还允许固件开发人员避免亲自处理无线电配置，而这可能是大多数射频产品固件开发过程中的重要部分。将这些细节转化为黑盒，可以防止固件工程师犯低级错误，还能大大简化产品验证过程，因为低级 ...