基于ST針對(duì)BLE的集成芯片方案

概述

   藍(lán)牙SIG發(fā)布了藍(lán)牙4.0協(xié)議，它有2種模式：

BLE（Bluetooth Low Energy）只能與4.0協(xié)議設(shè)備通信，適應(yīng)節(jié)能且僅收發(fā)少量數(shù)據(jù)的設(shè)備（如智能手環(huán)），稱(chēng)為低功耗藍(lán)牙；BR/EDR（Basic Rate/Enhanced Data Rate），向下兼容（能與藍(lán)牙3.0/2.1/2.0通信），適應(yīng)收發(fā)數(shù)據(jù)較多的設(shè)備（如耳機(jī)），稱(chēng)為傳統(tǒng)藍(lán)牙。自從藍(lán)牙4.0協(xié)議出了以后，藍(lán)牙的商標(biāo)也由當(dāng)初的1個(gè)變成了3個(gè)，請(qǐng)注意區(qū)分及彼此的通訊兼容性，本文主要介紹 BLE: Bluetooth Smart。

1、傳統(tǒng)藍(lán)牙可以和Smart Ready、傳統(tǒng)藍(lán)牙之間連接和通信

2、Smart（BLE）可以和Smart、Smart Ready之間連接和通信

3、Smart Ready可以和Smart Ready、傳統(tǒng)藍(lán)牙，以及Smart之間相互連接和通信。

BLE是低成本、短距離、可互操作的魯棒性無(wú)線技術(shù)，工作在免許可的2.4GHz ISM射頻頻段。它從一開(kāi)始就設(shè)計(jì)為超低功耗(ULP)無(wú)線技術(shù)。它利用許多智能手段最大限度地降低功耗。藍(lán)牙低能耗技術(shù)采用可變連接時(shí)間間隔，這個(gè)間隔根據(jù)具體應(yīng)用可以設(shè)置為幾毫秒到幾秒不等。

應(yīng)用特點(diǎn)：

☆     小包傳輸、低功耗

☆     運(yùn)動(dòng)穿戴：智能手表、手環(huán)、計(jì)步器

☆     健康醫(yī)療（血壓計(jì)、體溫計(jì)、治療儀、脈搏血氧）

☆     人機(jī)接口（鍵盤(pán)、鼠標(biāo)、遙控器）

☆     USB Dongle

☆     智能家居：燈具、家電、門(mén)鎖、車(chē)庫(kù)、保安系統(tǒng)

BLE 結(jié)構(gòu)

BLE 協(xié)議架構(gòu)，由下往上分別是：Contoller、Host、Apps等，3者可用在同一芯片內(nèi)實(shí)現(xiàn)，也可以分不同芯片實(shí)現(xiàn)，控制器（Controller）是處理射頻數(shù)據(jù)解析，接收和發(fā)送，主機(jī)（Host）是控制不同設(shè)備之間如何進(jìn)行數(shù)據(jù)交換；應(yīng)用端（Apps）實(shí)現(xiàn)具體應(yīng)用。

Controller主要分為物理層（Physical Layer）和鏈接層(Link Layer)

Host包括邏輯連接控制和適配層（L2CAP）、屬性協(xié)議層（ATT）、通用屬性配置層（GATT）、通用訪問(wèn)文件配置層（GAP）和安全協(xié)議層（SMP）

Apps 主要是profile及產(chǎn)品的應(yīng)用層

智能藍(lán)牙BLE有兩種應(yīng)用模式：

a、 系統(tǒng)芯片 SOC

藍(lán)牙系統(tǒng)芯片單片集成BLE收發(fā)器和微控制器，不僅包含智能藍(lán)牙協(xié)議棧，還包含藍(lán)牙規(guī)范和應(yīng)用軟件。系統(tǒng)芯片的好處是集成度高，適用于較簡(jiǎn)單的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，但是缺乏靈活性，不能讓開(kāi)發(fā)人員根據(jù)系統(tǒng)外設(shè)選擇最適合的微控制器，亦不能處理較復(fù)雜任務(wù)，例如，管理多路傳感器。

b、 網(wǎng)絡(luò)處理器 Network Processor

網(wǎng)絡(luò)處理器需要外部微控制器運(yùn)行藍(lán)牙應(yīng)用規(guī)范和應(yīng)用軟件，網(wǎng)絡(luò)處理器可能有協(xié)議棧，也可能沒(méi)有。如果沒(méi)有協(xié)議棧，則微控制器需提供協(xié)議棧。如意法半導(dǎo)體的BlueNRG網(wǎng)絡(luò)處理器內(nèi)置協(xié)議棧和SPI接口，方便連接外部微控制器。這種模塊劃分方法具有較高的靈活性，讓開(kāi)發(fā)人員根據(jù)系統(tǒng)外設(shè)或復(fù)雜性選擇適合的微控制器，能夠更好地滿(mǎn)足系統(tǒng)電源管理要求。

ST BLE

    ST針對(duì)BLE市場(chǎng)，已經(jīng)推出了2款BLE芯片，BlueNRG, BlueNRG-MS， BlueNRG, BlueNRG-MS為BLE  NetWork Processor，處理BLE的Contorllor 和Host 部分，目前均已經(jīng)量產(chǎn)。

   BlueNRG是BLE Network Processor，集成了功能完整的Bluetooth PHY和2.4GHz射頻電路，及符合藍(lán)牙4.0協(xié)議棧的ARM Cortex-M0 MCU和AES-128加密算法專(zhuān)用安全協(xié)處理器，提供了主從模式的支持，客戶(hù)端和服務(wù)器端。

BlueNRG-MS是BLE Network Processor，集成了功能完整的Bluetooth PHY和2.4GHz射頻電路，及符合藍(lán)牙4.1協(xié)議棧的ARM Cortex-M0 MCU和AES-128加密算法專(zhuān)用安全協(xié)處理器，提供了主從模式的支持，客戶(hù)端和服務(wù)器端，互聯(lián)網(wǎng)功能支持，5*5*1mm QFN32封裝，同時(shí)還有尺寸僅為2.6*2.6*0.56mm的CSP封裝，用于體積要求苛刻的市場(chǎng)。

ST BLE開(kāi)發(fā)套件

評(píng)估demo ：daughter borad ：X-NUCLEO-IDB04A + Monther board：STM32 Nucleo

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