BlueNRG-LP -pierwszy SoC z Bluetooth Low Energy obsługujący 128 jednocześnie połączeń

Slider

BlueNRG-LP od STMicroelectronics to pierwszy SoC Bluetooth Low Energy obsługujący 128 jednoczesnych połączeń (ang. concurrent connections). Urządzenie otrzymało certyfikat Bluetooth Low Energy 5.2. Daleki zasięg, transfery 2 Mb/s i tryb rozsiewczy (ang. advertisement extension) to tylko kilka funkcji BlueNRG-LP. Aby osiągnąć wysoki poziom wydajności i optymalizacji, firma STMicroelectronics skupiła się na układzie radiowym i mikrokontrolerze. Zamontowano MCU Cortex-M0+, który działa z częstotliwością 64 MHz i wykorzystuje 64 KB pamięci RAM. Dla porównania, BlueNRG-1 i BlueNRG-2 funkcjonują w oparciu o rdzeń Cortex-M0 o częstotliwości 32 MHz i 24 KB pamięci RAM. Ze względów bezpieczeństwa nowe urządzenie ma również jednorazowo programowalny obszar pamięci.

Nowe przemysłowe i technologiczne wyzwania

Wybierając SoC Bluetooth, inżynierowie zwracają uwagę między innymi na najnowsze trendy, które kształtują ich branżę. Aplikacje przemysłowe muszą łączyć jeszcze więcej węzłów czujnikowych z gateway’em. Możliwości przetwarzania dźwięku również są coraz ważniejsze. Od SoC Bluetooth wymaga się coraz większej mocy obliczeniowej przy jednoczesnym utrzymaniu niskich rachunków za materiały i niskiego zużycia energii. Sprostanie tym wyzwaniom nie jest łatwe i wymaga optymalizacji zarówno na poziomie radia, jak i mikrokontrolera. Samo podłączenie do 128 urządzeń jednocześnie jest unikalne w dzisiejszym świecie, ale czy wystarczające? Wiemy, że inżynierowie zadadzą dwa kluczowe pytania: „Jak dobre jest ten układ typu SoC?” oraz „Jakie korzyści wnosi ten układ do mojego projektu?”. Odpowiedzi dotyczą tego, w jaki sposób BlueNRG-LP osiąga większą moc, lepsze bezpieczeństwo, większą wydajność i niższe koszty.

Sprawdź czy BlueNRG-LP to rozwiązanie dla Ciebie - narzędzia do testowania

Wybór SoC Bluetooth to często skomplikowane zadanie. Na decyzję wpływa wiele czynników , od kosztów po doświadczenia z przeszłości, wydajność i łatwość obsługi. Aby ułatwić to zadanie i przyspieszyć proces podjęcia decyzji, firma STMicroelectronics udostępniła aktualizacje oprogramowania i narzędzi programistycznych. Projektanci mogą skorzystać z płyty ewaluacyjnej STEVAL-IDB011V1 BlueNRG-LP wraz z pakietem oprogramowania BlueNRG Navigator. Zbiór zawiera programy demonstracyjne ułatwiające szybki start z układem BlueNRG-LP zarówno w testach jak i tworzeniu własnej aplikacji.

Liczba programów demonstracyjnych dostępnych w interfejsie BlueNRG Navigator jest dość duża. Spośród około 20 aplikacji projektanci mogą szybko przetestować zdolności układu do łączenia się z maksymalnie 128 urządzeniami. Mogą również wypróbować tryb rozsiewczy (advertisement extensions), nadając do ośmiu kanałów zamiast tradycyjnych trzech. Jeden projekt „demo” prezentuje wyższą dostępną przepustowość, a inny możliwości większego zasięgu. Jest to duże ułatwienie i pomoc dla projektantów.

 

W pakiecie znajdziemy również nową wersję kalkulatora poboru prądu BlueNRG. Narzędzie oferuje graficzną reprezentację możliwości w zakresie niskiego poboru mocy. Programiści mogą również zdecydować o przetestowaniu nowego urządzenia, przenosząc kod działający na poprzednich SoC BlueNRG. Ponieważ jest to tylko kwestia przejścia z Cortex-M0 do Cortex-M0+, proces jest stosunkowo prosty.

Wysoka prędkość transmisji danych

Zespoły pracujące nad aplikacjami przemysłowymi muszą radzić sobie ze znacznymi ograniczeniami, które mają wpływ na zasięg lub szybkość transmisji danych. Takie zapotrzebowanie jest szczególnie ważne w aplikacjach przemysłowych. Przykładem jest brama, która łączy się z niezliczonymi płytkami w całej inteligentnej fabryce.

Z drugiej strony inne urządzenia muszą szybko przesyłać dużą ilość danych, na przykład podczas aktualizacji oprogramowania układowego. Nowy SoC od STMicroelectronics spełnia jedno i drugie wymaganie. Oferując LE 2M PHY, BlueNRG-LP może osiągnąć prędkość transmisji danych do 2 Mb/s. Dla porównania, LE 1M PHY w poprzednich SoC BlueNRG zatrzymał się na 1 Mb/s.

Tryb dalekiego zasięgu (long range)

BlueNRG-LP oferuje LE Coded PHY, umożliwiając umieszczenie urządzeń Bluetooth w znacznie większej odległości bez konieczności stosowania dodatkowego wzmacniacza mocy. Testy ST wykorzystujące istniejące płyty rozwojowe i aplikacje, osiągnęły odległość 1,3 km (0,8 mili).

Zwiększenie zasięgu jest możliwe, ponieważ LE Coded PHY wykorzystuje m. in. Forward Error Correction, która dodaje dodatkowe bity do każdego pakietu. Jednak nadmiarowość danych prowadzi do mniejszej przepustowości wynoszącej 125 kb / s. Kolejną funkcją, która pomaga uniknąć zakłóceń, jest algorytm wyboru kanału nr 2 (CSA nr 2). Podczas gdy CSA # 1 może przeskakiwać tylko między 37 kanałami, CSA # 2 ma do swojej dyspozycji 65 535 kanałów. Ten duży wybór pomaga uniknąć kolizji. Niezależnie od tego, czy w pobliżu znajduje się wiele urządzeń, czy też duże odległości między nimi, CSA # 2 zwiększa niezawodność sieci.

Budżet łącza

Inżynierowie pracujący nad aplikacjami Bluetooth zawsze przeprowadzają analizę budżetu łącza. Analiza stanowi pomoc projektową, która pomaga im przewidzieć ogólną wydajność. Mówiąc prościej, zapewnia projektantom możliwość przewidzenia konkretnych problemów, takich jak niewystarczająca siła sygnału.

BlueNRG-LP posiada budżet łącza wynoszący 112 dB i 105 dB i jest to największy budżet łącza wśród podobnych układów na rynku. W rezultacie inżynierowie mogą przewidzieć lepsze osiągi przy identycznym zużyciu energii w porównaniu z urządzeniami z niższym budżetem łącza.

Bezpieczeństwo rzeczą kluczową

Bezpieczeństwo to kolejny kluczowy aspekt, na którym inżynierowie koncentrują się podczas projektowania systemu. Konsumenci są dużo bardziej wrażliwi na kwestie prywatności i ochrony przed zagrożeniami. W rezultacie zespoły, które chcą zbudować system Bluetooth, zwracają uwagę na funkcje, które chronią użytkowników i dane. BlueNRG-LP zapewnia odpowiedzi na te krytyczne wyzwania inżynieryjne. Jednym z nich jest obecność bezpiecznego programu ładującego, który sprawdza podpis oprogramowania układowego przed jego uruchomieniem. Taki środek chroni przed rootkitami lub atakami niskiego poziomu. Programiści mogą również wyłączyć dostęp SWD i UART, aby chronić Flash. Podobnie, 1 KB pamięci OTP jest programowalne jednorazowo, aby zagwarantować jej integralność. Dlatego w teorii haker mający dostęp do urządzenia nie byłby w stanie sklonować ani zmodyfikować jego zawartości.

Większa przepustowość obliczeniowa i niższe zużycie energii

Celem projektantów jest znalezienie sposobu na poprawę wydajności, dokładności i komfortu użytkowania. Aby rozwiązać to wyzwanie, inżynierowie często sięgają po urządzenie o większej wydajności obliczeniowej i jednocześnie niskim zużyciu energii, aby zachować żywotność baterii.

BlueNRG-LP oferuje nowe rozwiązanie tego wyzwania. Dzięki wyższej częstotliwości i mocniejszej architekturze SoC może obsługiwać teraz bardziej złożone algorytmy. Aplikacje wykorzystujące MEMS i biblioteki głosowe są zdobywają coraz większą popularność w systemach wbudowanych. Ponadto ST zapewnia również bezpłatny stos MESH z certyfikatem Bluetooth-SIG. W rezultacie bardzo łatwo jest pokryć duże obszary do 32 000 węzłów (ang. node).

Pomimo wyższej częstotliwości i większej ilości pamięci, BlueNRG-LP charakteryzuje się też mniejszym zużyciem energii. Jego szczytowy prąd w transmisji wynosi 4,3 mA (0 dBm), podczas gdy BlueNRG-2 potrzebuje 8,3 mA (-2 dBm). Poprawa zużycia energii jest również znacząca podczas bezczynności. BlueNRG-LP potrzebuje tylko 0,6 µA w trybie DEEPSTOP z podtrzymaniem pamięci RAM.

Odpowiednia cena

Niska cena jednostkowa ma kluczowe znaczenie. Aby sprostać temu wyzwaniu i zachować opłacalność BlueNRG-LP, STMicroelectronics wyposażył SoC w 256 KB pamięci Flash. Stos Bluetooth tego urządzenia zajmuje zwykle od 80 KB do 100 KB. W ten sposób programiści mają około 120 KB na swoją aplikację, co w większości przypadków jest wystarczające.

Producent zoptymalizował strukturę cenową, oferując trzy rodzaje pakietów. QFN32 ma 20 GPIO, podczas gdy QFN48 i WLCSP49 mają odpowiednio 32 i 26. Ponadto w ofercie są również warianty BlueNRG-LP z połową pamięci RAM. Dlatego zespoły, które potrzebują tylko 32 KB i mniejszej liczby pinów, nie muszą płacić za większą ilość. Dostępne są również modele, które mogą osiągnąć temperaturę do 85 st.C oraz 105 st.C. Te drugie będą odpowiednie dla aplikacji przemysłowych, natomiast inny wybiorą pierwszą opcję i w ten sposób zaoszczędzą.