Nordic Semiconductor (北歐半導(dǎo)體公司)是2.4GHz頻段的超低功耗無線解決方案的專業(yè)廠商。早在2002年Nordic設(shè)計(jì)出了第一顆藍(lán)牙SoC芯片，集成有MCU、存儲(chǔ)器和RF。超低功耗無線解決方案，指的就是可以工作在扭扣電池供電下的芯片。前不久在上海舉辦藍(lán)牙亞洲大會(huì) (Bluetooth Asia)上，Nordic Semiconductor亞洲銷售與營(yíng)銷總監(jiān)Steel Ytterdal先生接受了本刊的專訪。

根據(jù)Steel Ytterdal先生的介紹，在2004，2005年前后，諾基亞和Nordic一起討論超低功耗無線解決方案，那時(shí)手機(jī)上已經(jīng)有Wi-Fi、Bluetooth、GPS及Radio等無線設(shè)備，Nordic當(dāng)時(shí)給諾基亞提出了Wibree的概念，該技術(shù)被Bluetooth SIG在2009年采納。2011年Nordic和蘋果(Apple)兩家公司獲邀進(jìn)入Bluetooth SIG董事會(huì)，在2012年，Nordic CTO成為Bluetooth SIG的董事會(huì)主席。到2012年，Nordic已經(jīng)擁有在2.4GHz頻段專屬技術(shù)，以及Bluetooth Smart與ANT等領(lǐng)域的廣泛產(chǎn)品線。

獨(dú)特的軟硬件架構(gòu)

在2012年6月，Nordic推出了新平臺(tái)nRF51系列，在同一個(gè)軟件架構(gòu)、同一個(gè)硬件平臺(tái)下可支持2.4GHz頻段的專有無線技術(shù)、ANT以及Bluetooth Low Energy (BLE)，據(jù)稱這是業(yè)界第一個(gè)統(tǒng)一的開發(fā)平臺(tái)。nRF51系列在采用Cortex M0之后，其功能比8051有了大幅度提高。在軟件架構(gòu)方面，Nordic把藍(lán)牙協(xié)議堆棧與用戶應(yīng)用程序完全分開，開發(fā)工程師無需再考慮底層的藍(lán)牙協(xié)議棧。Steel Ytterdal先生指出，這是非常受開發(fā)工程師所喜愛的一種方式，可以非常方便地讓工程進(jìn)行應(yīng)用程序的開發(fā)和調(diào)試，這增強(qiáng)了開發(fā)的靈活性，加快了開發(fā)速度。

軟件架構(gòu)方面，nRF51 系列在協(xié)議堆棧和用戶應(yīng)用程序間具有一個(gè)獨(dú)特且功能強(qiáng)大的分隔區(qū)，為應(yīng)用程序開發(fā)人員提供最大的靈活性、開發(fā)簡(jiǎn)易性和代碼安全性。協(xié)議堆棧，例如藍(lán)牙低功耗或 ANT，可為預(yù)編譯二進(jìn)制碼或在設(shè)備上預(yù)編程。堆棧為 100% 異步并由事件驅(qū)動(dòng)，并向應(yīng)用程序?qū)犹峁┚€程安全管理程序調(diào)用 (SVC) 的應(yīng)用程序接口 (API)。簡(jiǎn)單的編程模型，沒有專用的應(yīng)用程序框架或計(jì)劃程序/RTOS 依存性，簡(jiǎn)化并加速了代碼開發(fā)。協(xié)議堆棧和應(yīng)用程序代碼沒有鏈接時(shí)間依存性，并可獨(dú)立編譯和更新/編程。而且堆棧運(yùn)行時(shí)受保護(hù)，確保相互操作性并將應(yīng)用程序錯(cuò)誤而影響堆棧的風(fēng)險(xiǎn)降低，堆棧還可以驗(yàn)證碼和合格二進(jìn)制目的碼提供。

硬件架構(gòu)方面，功能強(qiáng)大且低功耗的 32 位 ARM Cortex-M0 處理器，啟動(dòng)時(shí)間為 2μs，與 8/16 位處理器相比，大限度地降低了活動(dòng)時(shí)間并提高了代碼密度。細(xì)化電源管理，個(gè)別系統(tǒng)可獨(dú)立開關(guān)，并能基于活動(dòng)級(jí)別自主控制時(shí)鐘。基于可編程周邊互連 (PPI) 系統(tǒng)，周邊設(shè)備，如射頻收發(fā)器、計(jì)時(shí)器及 I/O等，不需通過處理器而能自主相互作用。從而降低處理器的活動(dòng)時(shí)間來節(jié)省功耗，并放寬對(duì)處理器實(shí)時(shí)要求。高效的EasyDMA射頻收發(fā)器接口具有彈性 RAM 映射 FIFO，高靈活性的GPIO 映射簡(jiǎn)化了 PCB 設(shè)計(jì)，有助降低布線板層數(shù)量。自定義 2 區(qū)內(nèi)存保護(hù)裝置 (MPU) 對(duì)用戶程序和預(yù)編譯協(xié)議堆棧例如藍(lán)牙低功耗和 ANT運(yùn)行時(shí)保護(hù)。

超低功耗和設(shè)計(jì)靈活性

對(duì)于可穿戴等應(yīng)用，由于設(shè)備需要在極少量電池下工作很長(zhǎng)時(shí)間，甚至終身無需更換電池，可見功耗水平的重要性。Steel Ytterdal先生自豪地表示：“Nordic的nRF51系列雖然是在2012年推出，卻具有業(yè)界最低的功耗水平。鑒于低功耗的重要性，我們的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手也在千方百計(jì)地去降低功耗，但他們到目前為止所達(dá)到的功耗水平與Nordic的nRF51系列相當(dāng)甚至不如nRF51系列。”他預(yù)計(jì)，Nordic的下一產(chǎn)品系列將達(dá)到更低的功耗水平。

而對(duì)于開發(fā)的靈活性，Steel Ytterdal先生表示，我們的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手方案往往需要外部的存儲(chǔ)器，這種方式不僅麻煩，而且容易被拷貝，達(dá)不到安全性要求。他介紹，對(duì)于Nordic公司，藍(lán)牙底層協(xié)議棧是公司內(nèi)部開發(fā)，可以隨時(shí)添加任何的改動(dòng)，也保證了協(xié)議堆棧的可靠和最新。而競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手往往是通過第三方來提供。

例如，Nordic最新發(fā)布的最先進(jìn)、功能豐富的藍(lán)牙智能(Bluetooth? Smart) (前稱為藍(lán)牙低功耗(Bluetooth low energy))協(xié)議堆棧“S130 SoftDevice”，它允許開發(fā)基于nRF51系列SoC的可穿戴藍(lán)牙智能中心網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌軌蛑С植⑿卸噫溌分行暮椭苓吶蝿?wù)，使之成為非智能手機(jī)或平板電腦的藍(lán)牙智能中心的理想選擇。SoftDevice是Nordic用于nRF51系列SoC的獨(dú)立軟件堆棧，包含一個(gè)獨(dú)特的RF協(xié)議和應(yīng)用程序代碼分離。自nRF51系列于2012年6月發(fā)布以來，SoftDevice的性能一直通過后續(xù)版本不斷增強(qiáng)。

“為保證設(shè)計(jì)工程師的設(shè)計(jì)資源得到最大限度地重新利用，nRF51 系列 IC 皆為代碼和管腳兼容，容許以一個(gè)基本代碼，在不同項(xiàng)目中重新使用。管腳兼容的好處不僅能夠在開發(fā)、原型制造以及生產(chǎn)過程中將硬件設(shè)計(jì)重新用于不同項(xiàng)目，還可以輕易地轉(zhuǎn)移到同系另一個(gè) IC”，Steel Ytterdal先生解釋道。展望未來，Steel Ytterdal先生認(rèn)為下一代產(chǎn)品除具有更高的性能、更低功耗外，還將保持這種單一平臺(tái)、基于閃存的特性。而開發(fā)的關(guān)鍵點(diǎn)是客戶已有的資源應(yīng)該得到充分地再利用，客戶在nRF51系列上開發(fā)的軟件和硬件資源都可以移植到下一代產(chǎn)品中去。