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Nordic Semiconductor (北歐半導體公司)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設計出了第一顆藍牙SoC芯片，集成有MCU、存儲器和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牙亞洲大會 (Bluetooth Asia)上，Nordic Semiconductor亞洲銷售與營銷總監(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，那時手機上已經(jīng)有Wi-Fi、Bluetooth、GPS及Radio等無線設備，Nordic當時給諾基亞提出了Wibree的概念，該技術(shù)被Bluetooth SIG在2009年采納。2011年Nordic和蘋果(Apple)兩家公司獲邀進入Bluetooth SIG董事會，在2012年，Nordic CTO成為Bluetooth SIG的董事會主席。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等領域的廣泛產(chǎn)品線。
獨特的軟硬件架構(gòu)
在2012年6月，Nordic推出了新平臺nRF51系列，在同一個軟件架構(gòu)、同一個硬件平臺下可支持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)界第一個統(tǒng)一的開發(fā)平臺。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把藍牙協(xié)議堆棧與用戶應用程序完全分開，開發(fā)工程師無需再考慮底層的藍牙協(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行應用程序的開發(fā)和調(diào)試，這增強了開發(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)議堆棧和用戶應用程序間具有一個獨特且功能強大的分隔區(qū)，為應用程序開發(fā)人員提供最大的靈活性、開發(fā)簡易性和代碼安全性。協(xié)議堆棧，例如藍牙低功耗或 ANT，可為預編譯二進制碼或在設備上預編程。堆棧為 100% 異步并由事件驅(qū)動，并向應用程序?qū)犹峁┚�程安全管理程序調(diào)用 (SVC) 的應用程序接口 (API)。簡單的編程模型，沒有專用的應用程序框架或計劃程序/RTOS 依存性，簡化并加速了代碼開發(fā)。協(xié)議堆棧和應用程序代碼沒有鏈接時間依存性，并可獨立編譯和更新/編程。而且堆棧運行時受保護，確保相互操作性并將應用程序錯誤而影響堆棧的風險降低，堆棧還可以驗證碼和合格二進制目的碼提供。
硬件架構(gòu)方面，功能強大且低功耗的 32 位 ARM Cortex-M0 處理器，啟動時間為 2μs，與 8/16 位處理器相比，大限度地降低了活動時間并提高了代碼密度。細化電源管理，個別系統(tǒng)可獨立開關，并能基于活動級別自主控制時鐘。基于可編程周邊互連 (PPI) 系統(tǒng)，周邊設備，如射頻收發(fā)器、計時器及 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時間來節(jié)省功耗，并放寬對處理器實時要求。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 映射簡化了 PCB 設計，有助降低布線板層數(shù)量。自定義 2 區(qū)內(nèi)存保護裝置 (MPU) 對用戶程序和預編譯協(xié)議堆棧例如藍牙低功耗和 ANT運行時保護。
超低功耗和設計靈活性
對于可穿戴等應用，由于設備需要在極少量電池下工作很長時間，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，我們的競爭對手也在千方百計地去降低功耗，但他們到目前為止所達到的功耗水平與Nordic的nRF51系列相當甚至不如nRF51系列。”他預計，Nordic的下一產(chǎn)品系列將達到更低的功耗水平。
而對于開發(fā)的靈活性，Steel Ytterdal先生表示，我們的競爭對手方案往往需要外部的存儲器，這種方式不僅麻煩，而且容易被拷貝，達不到安全性要求。他介紹，對于Nordic公司，藍牙底層協(xié)議棧是公司內(nèi)部開發(fā)，可以隨時添加任何的改動，也保證了協(xié)議堆棧的可靠和最新。而競爭對手往往是通過第三方來提供。
例如，Nordic最新發(fā)布的最先進、功能豐富的藍牙智能(Bluetooth Smart) (前稱為藍牙低功耗(Bluetooth low energy))協(xié)議堆棧“S130 SoftDevice”，它允許開發(fā)基于nRF51系列SoC的可穿戴藍牙智能中心網(wǎng)絡拓撲，能夠支持并行多鏈路中心和周邊任務，使之成為非智能手機或平板電腦的藍牙智能中心的理想選擇。SoftDevice是Nordic用于nRF51系列SoC的獨立軟件堆棧，包含一個獨特的RF協(xié)議和應用程序代碼分離。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。
“為保證設計工程師的設計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，容許以一個基本代碼，在不同項目中重新使用。管腳兼容的好處不僅能夠在開發(fā)、原型制造以及生產(chǎn)過程中將硬件設計重新用于不同項目，還可以輕易地轉(zhuǎn)移到同系另一個 IC”，Steel Ytterdal先生解釋道。展望未來，Steel Ytterdal先生認為下一代產(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、基于閃存的特性。而開發(fā)的關鍵點是客戶已有的資源應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。
