选择nRF52832的理由

hzeeng

目前蓝牙低功耗（Bluetooth Low Energy）SoC不断推陈出新，现在市面上已经有多款该类芯片。首先我来分析下为什么要选择nRF52832这款芯片作为主控，接下来会介绍目前市面上流行的5款芯片进行对比。相信大家就能明白我选择它是相对明智的；更好的功耗表现几年前，市面上能够找到的蓝牙低功耗SoC芯片的功耗(发射或接收时电流)都在15mA-20mA。现在大部分的芯片都可以做到5mA-8mA的水平。下表是几个代表性的芯片的功耗对比：注意：在NORDIC最新发布的资料中显示，他的功耗数据进一步优化。目前是这几款中最好的。通常来讲，如果功耗数据降低40%至60%，实际应用中的待机时间就会翻倍(客观算下来)。更低的峰值电流也意味着电池的瞬时压力更小，某种程度上会增加放电能力。
　　我没有列出Dialog的DA14580的3.9mA的功耗，是因为它没有内部的Flash。如果你的应用代码超过32KB时(超出它内部ROM的体积)就需要外置Flash，所以功耗也会增加。更好的RF表现更好的RF表现意味着更远的距离，在大多数的应用中这个数据非常重要。其中重要的两点是发射功率和接收敏感度。好的RF性能能够让不可能变成可能，有时即使因为各种限制使接收的数据经常出错，但如果加以算法优化，传输距离会更远。下表是一些最新芯片的数据：TI和NORDIC都将发射功率提升到3-4db，通常发射功率都在+5dBm以下。Silicon 的芯片是个例外，它们有多年的无线集成经验可以达到10dBm。更高的发射功率在远距离传输的应用中更有优势。
　　另外，可以通过增加外置的RF功放芯片来提高通讯距离，不过这样做的同时也会消耗更多的电流。
　　如果这两个参数都足够好的话，通讯距离会更远。但是使用更高的输出功率(或接收灵敏度)意味着更高的电流消耗。官方给出的功耗数据一般都是0dBm时的数据。注意：+10dBm是ETSI ( 欧洲电信标准协会)允许的最大发射功率。更强的处理能力集成MCU的单芯片BLE通常MCU都比较弱，而且这颗MCU同时运行着BLE协议栈和应用程序；大多数初代芯片用的是ARM Cortex内核。见下表：M4F 是 Cortex-M4 增加一个(浮点运算单元) Floating Point unit.
　　有一些老的芯片使用的是8051或者其他内核，更多的则是Cortex-M0内核，因为用户更喜欢用这些已经是业界标准的内核。
　　Cortex-M0内核是低功耗的内核，它适合采集传感器数据，但是在运行算法方面就不太好了。当你需要在Cortex-M0或者8051内核中运行BLE协议栈时，它就没有太多的剩余性能来做其他的事情，一些复杂的外设也就没办法接了。
　　越来越多的芯片原厂希望拓展穿戴设备市场，这就需要更高的性能和更小的体积。解决办法看来就是使用性能更强的BLE SoC。上表中以及可以看到，TI和NORDIC都从8051或者Cortex-M0转移到了Cortex-M3或者Cortex-M4内核。其中浮点运算单元可以用来应付更多的运算要求。
　　同时，还有其他的一些需求是内置更多的通讯外设，低功耗传感器和更多的模拟外设。更多RAM、Flash通常芯片会提供128KB或256KB的Flash容量，真实的协议栈一般是70KB至90KB的大小，所以留给应用程序的空间就不会太大。BLE应用不断的发展，需要处理的事物越来越多，所以就需要更大的RAM和更大的Flash。
　　最近，NORDIC发布了他们的nRF52832 ，它带有512KB的Flash。同时它也是目前拥有最大内存的BLE SoC。
　　通常BLE SoC的RAM只有16KB，去掉蓝牙协议栈常用的8KB至12KB，所剩无几。nRF52832则有目前最大的64KB的RAM。
　　用户应用程序越来越复杂只是导致芯片升级的其中一个原因，另外一个原因是BLE协议栈将拥有更多的功能。很多芯片提供了Peripheral + Central 角色切换的功能。或者多协议同时运行，比如 BLE 和Zigbee. IPv6 support 都需要更大的RAM。注意：提升Flash和RAM的容量会在芯片内部占更大的体积，所以趋势是使用更小的内核多协议支持Freescale发布的KW40Z 受限于处理能力和Flash/RAM，它只支持BLE。TI的CC2650支持BLE、Zigbee、6LowPAN和RF4CE。Nordic的芯片支持BLE和ANT以及2.5Ghz的自由协议。芯片所提供的无线硬件都是差不多的，区别在于使用不同的软件。
　　BLE是最流行的无线连接协议，多协议的支持肯定有更广的应用空间。但是同时也要考虑共存性 “coexist”，意思就是多协议同时应用时要保证无线协议之间不能互相干扰。否则就会浪费大量的电力在重发数据上面。下表是常见的BLE SoC芯片支持的协议：NORDIC和TI显然是这方面的领导者。
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