IDE
依情境選擇藍牙SoC BLE彈性設計實現軟硬整合
在藍牙傳播中,低功耗藍牙已可保護大量的連接設備插座(Socket)。而在無線設計中選擇低功耗藍牙的最關鍵原因之一,是其無處不在,且大多數IoT終端節點都由電池供電,因此較長的電池壽命就顯得極為珍貴。
儘管聽起來方向似乎很明確,但是選擇低功耗藍牙裝置首先要評估其設備文檔。例如,考量無線SoC的接收或發送模式中的運作電流。許多低功耗藍牙SoC文檔顯示的的電流消耗為數毫安培。如芯科科技(Silicon Labs)的EFR32BG22 SoC在0dBm時的無線電接收電流為2.6mA,發射電流為3.5mA,而這些數字僅與SoC RF收發器有關。在SoC等級,這些電流則稍高一些,分別為3.6mA和4.1mA。一個常見的錯誤是僅依靠SoC電流消耗的射頻數位(Radio Number)來判斷。設備文檔的首頁通常必須透過對資料手冊的全面分析來驗證。
另一個範例是以每兆赫微安培為報告單位的CPU功耗。在密集運算應用的情況下,此數位資料可能成為決定性的選擇標準,且通常是CPU在最高頻率時的最佳情況下才可取得。換句話說,當SoC CPU的工作頻率與製造商產品資料手冊中指定的頻率不同時,可證明資料表中顯示的數值可能非常不準確。
第三個例子是深度睡眠電流,這對於電池供電的終端產品相當重要。該數字通常在數百奈安培至幾微安培之間。而更重要的是須確保深度睡眠電流的數字與保留的RAM大小維持相關,並且包含即時時脈(RTC)電流的消耗。RTC與精準的睡眠時脈源結合在一起,是為了維持低功耗藍牙正常工作所需的時序。在上述SoC的案例下,資料手冊的首頁提到了EM2模式下的深度睡眠電流為1.40μA,保留了32KB RAM,以及RTC從低頻晶體振盪器(LXCO)開始運作下,有關EM2模式的情況。資料手冊的電流消耗部分則提供了更多資訊。因此,資料手冊中的功率數位缺乏標準化可能會造成錯誤的比較,最終導致選擇錯誤的元件。
依應用需求彈性選擇SoC
評估低功耗藍牙SoC時考慮應用需求很重要。大多數供應商都試圖以負責任的態度來展示他們的數據,但是設備在多種不同應用場景中提供的數據不可能適合所有案例,說明了終端應用知識的高度重要性。
選擇低功耗藍牙SoC時,工作電流和睡眠電流是關鍵的指標。必須將這些電流數據帶入與應用環境緊密匹配的模型中,以產生對平均功耗的合理評估。此類模型通常包括開/關工作週期,並且能認知低工作週期會選擇具有最低深度睡眠電流的SoC,而高工作週期則會選擇具有最低工作電流的SoC。
另一個參數可能是終端產品的環境溫度。低功耗藍牙SoC在25℃時的洩露電流與85℃或更高溫時的洩漏電流明顯不同。高溫下的洩漏電流可能是工業應用中的關鍵選擇標準,例如子計量表(Sub-metering),因為其需要在高溫下確保電池壽命。
在電池供電的終端產品中,該應用的另一個重要元素涉及所用電池技術的類型。電池供電給最新整合的低功耗藍牙SoC上DC-DC轉換器。使用DC-DC轉換器將顯著降低整個SoC的工作電流消耗。一些複雜的SoC可能整合獨立的DC-DC轉換器用於射頻和CPU。這種做法提供一種優化的解決方案,但此趨勢明顯只能有一個轉換器可極小化SoC的成本。
最後,需要瞭解如何使用晶片內外(On-chip/Off-chip)記憶體。低功耗藍牙終端節點的常見要求是執行軟體的空中下載(OTA)更新。根據傳輸影像的大小,外接快閃記憶體可能成本更低。但事實證明,其增加的功耗和潛在的安全問題可能比使用晶片內建快閃記憶體要高得多。OTA更新的詳細分析將有助於確定最合適的記憶體物料清單。
近年來,低功耗藍牙SoC大幅降低總工作電流消耗,同時保持了更低的深度睡眠電流。原因是矽技術從較大的幾何尺寸(0.18μm,90nm和65nm)轉移到了更優化的技術節點(55nm和40nm)。40nm製程與晶片內建DC-DC轉換器整合的結合,減少了SoC的總體電流消耗(圖1)。
圖1 合併晶片內建DC-DC轉換器的低功耗藍牙SoC範例
例如,當禁用晶片內建DC-DC轉換器而從晶片內建快閃記憶體運行Coremark時,Arm Cortex-M33 CPU要求54μA/MHz的功耗。當啟動相同的DC-DC轉換器時,相同的操作僅需要37μA/MHz的功耗。
在深度睡眠模式下,保留RAM至關重要,因為它是大部分功耗預算的來源,且當低功耗藍牙SoC必須返回到工作模式時,保留RAM可以加快啟動速度。從設計角度來看,低洩漏SRAM的使用能讓矽設計人員將深度睡眠電流保持在1μA的範圍內。選擇低功耗藍牙SoC的另一個關鍵考慮因素是每個SRAM的大小可能有所不同。選擇保留RAM大小的能力將有助於大幅減少深度睡眠模式下的功耗。如前述SoC在32KB的晶片內建RAM產品中即整合了可獨立選擇的SRAM。
最後,時脈門控和電源門控技術的結合使低功耗藍牙SoC可以根據其工作模式完全關閉設備的某些部分功能。這些功能的啟動是自動的,應用開發人員幾乎無法看到詳細的資訊。
軟體套件整合硬體設計
大幅減少低功耗藍牙應用的功耗,需要對無線電作業進行高度優化的調度,並在保持協定所需的精準時序中,大幅減少最低能耗模式下花費的時間。為了精確控制發射功率,低功耗藍牙堆疊整合DC-DC轉換器的配置。堆疊來自軟體發展套件(SDK),與整合式開發環境(IDE)結合。IDE包括一個網路分析儀,可直接從SoC無線電獲取資料。同時能量監控器將功耗與代碼位置相關聯,包含視覺化的GATT配置器,以實現標準藍牙SIG設定檔或自訂服務。這些工具允許開發與硬體設計完全整合的低功耗藍牙應用程式,使開發人員可以專注於選擇影響功耗的高階設計。此外,SDK整合了安全的引導載入程式,可支援OTA和序列介面以進行韌體更新。
先進硬體和強大軟體的結合,使得應用開發人員可以在多個裝置上執行自己的基準測試。這是在選擇低功耗藍牙SoC之前所推薦應採取的方法。雖然最初耗時較多,但這種方法已證明是非常有價值的,可協助發現因硬體功能短缺或軟體功能不佳所導致的潛藏挑戰。
標準化基準測試策略的開發還可以幫助開發人員對各個供應商的設備進行比較。嵌入式微處理器基準聯盟(EEMBC)開發的IoTMark-BLE基準設定檔,提供了評估功耗的有用工具,其建構了真實的IoT邊緣節點模型,由I2C感測器和經由睡眠、廣告和連接模式作業的低功耗藍牙射頻所組成。儘管IoTMark-BLE基準可能並不適合所有案例,但它可以成為各種適合的應用情境方案的開發基礎。
簡而言之,如果同時比較供應商的產品資料手冊,可能會導致代價高昂的誤解和錯誤陳述。在比較SoC中的板載和外部DC-DC轉換器模組時,低功耗藍牙SoC必須在系統層級上進行分析說明。透過協力廠商基準的比對,通常可以協助確認比較分析的真實樣貌。
(本文作者任職於Silicon Labs)
芯科以Simplicity Studio 5簡化IoT開發
芯科科技(Silicon Labs)日前發表Simplicity Studio 5,為其整合式開發環境(IDE)進行重要升級。最新的Simplicity Studio現可在集中的Web形式使用者介面中為各種無線協定提供相同的存取和開發者體驗。
Silicon Labs此最新版本的多合一軟體套件可簡化IoT裝置的無線系統單晶片(SoC)、模組、微控制器及其它嵌入式產品之開發。Simplicity Studio 5並提供IoT裝置開發人員跨物聯網SoC和模組的相同存取、安全配置和可攜式代碼,大幅縮短產品開發時間。
Silicon Labs物聯網資深副總裁Matt Johnson表示,IoT開發人員正面臨許多技術挑戰,包括針對效能、功耗、尺寸、多重協定共存和安全性的優化。此外,開發人員還面臨著包括工作期限、認證和代碼重用等壓力。Simplicity Studio 5為免費、最先進的開發平台,不僅可因應上述難題,並且可比以往更迅速、更輕鬆地創建智慧家庭、商業、消費和工業應用。這是Silicon Labs全部無線技術的共通點,可協助開發人員以OpenThread和藍牙動態多重協定(Dynamic Multiprotocol)技術輕鬆創建複雜、靈活的多重協定產品,而毋需了解所有建置細節。
依據客戶、員工和開發人員的回饋,Silicon Labs重新設計Simplicity Studio平台以解決IoT開發者面臨的難題,協助擁有不同經驗的使用者迅速獲得資源存取權限,以及快速開發、原型化及部署連接裝置的能力。Simplicity Studio 5具備現代化的使用者介面、優化的工作流程、提升的效能以及調試和分析功能,使開發人員更快將無線解決方案推向市場。
Simplicity Studio 5並可智慧識別由Silicon Labs發表的所有評估和開發套件,為使用者提供適合的SDK、工具和開發資源。
貿澤攜手Microchip推新電子書 介紹新物聯網應用
貿澤電子(Mouser)日前宣布與Microchip合作出版新電子書,書中探索最新物聯網(IoT)解決方案的尖端應用。在創作概念一書中,貿澤和產業的專家提供物聯網技術最新使用案例的詳細資訊,重點介紹實現創新設計所需的相關Microchip產品。這本電子書刊載多篇深度文章,主題涵蓋從智慧型農業到應用物聯網的托育服務,以及有助於實現雲端連線的實用資源。
許多物聯網裝置已成為家中不可或缺的常備工具,包括家庭助理和智慧照明。但物聯網解決方案仍有廣大的潛能待開發,能徹底顛覆除居家生活以外的日常流程,開發人員更是早已將思維延伸到智慧農業、智慧生產和智慧城市等領域。最新電子書針對物聯網應用的多種可能性提出詳細見解,這些應用包括簡化供應鏈和製程,以及管理構成智慧城市的基礎架構。
貿澤和Microchip出版的最新創作概念電子書中介紹包括MPLAB X整合開發環境(IDE)等產品的詳細資訊,此IDE具有高組態能力,能針對使用Microchip數位訊號控制器和微控制器的設計流程,為開發人員提供其中每個步驟所需要的工具。ATmega328PB Xplained Mini評估套件具備完全整合的偵錯工具,能輕鬆將ATmega328PB微控制器整合到客戶的設計中。此外,電子書亦重點介紹可用於管理物聯網網路安全性的ATECC608A CryptoAuthentication裝置,其提供包括驗證、機密性和資料加密等重要功能。Microchip PIC-IoT WG開發板具備PIC微控制器、Wi-Fi模組和CryptoAuthentication安全元件IC,可打造隨插即用解決方案,用於開發包括智慧照明系統和無線感測器節點
貿澤供貨無線電板/連接器等多項新品
貿澤電子(Mouser)身為原廠授權代理商,致力於快速推出新產品與新技術,為客戶提供優勢,協助加快產品上市速度。貿澤受超過800家半導體及電子元件製造商信賴,助新產品賣到全世界,提供100%通過認證的原廠產品,且能完整追溯至產品各個製造商。
貿澤在2019年12月發表超過385項新產品,且這些產品均可在訂單完成後當天出貨。
其中Silicon Labs SLWRB4308A xGM210P無線Gecko+20dBm無線電板可搭配WSTK主機板、Gecko軟體開發套件和Simplicity Studio整合開發環境(IDE)成為完整的嵌入式開發平台,並整合針對以xGM210P模組為基礎之物聯網應用進行打造、偵錯及最佳化所需要的軟硬體。
Cypress Semiconductor Semper NOR快閃記憶體則為非揮發性的儲存解決方案,整合了適用於汽車與工業系統的安全功能;Nordic Semiconductor nRF52833 DK開發套件能讓工程師使用nRF52833 SoC開發Bluetooth低功耗、藍牙網狀網路、Thread、Zigbee和2.4GHz專屬應用。
至於Harwin Gecko-MT連接器2A Gecko訊號接點和10A電源接點,同時仍保持輕量化且小巧的外殼尺寸。此連接器是專為高效能應用所設計,適合在需要滿足尺寸、重量和功率(SWaP)需求的嚴峻環境下使用。
意法推出免費整合式開發環境擴大微控制器生態系統
意法半導體(ST)持續致力讓功能豐富且高效能的STM32系列微控制器具備更佳的易用性,在STM32Cube軟體生態系統中增加一個免費的多功能STM32開發工具:STM32CubeIDE。
為了和商用整合開發環境(Integrated Development Environment, IDE)工具一樣好用,STM32CubeIDE充分發揮了意法半導體在2017年收購之嵌入式開發工具商Atollic的技術優勢。這套IDE軟體採用產業標準的開放式許可條款,簡化和加速STM32的嵌入式設計,同時新增STM32專用功能,包括功能強大的STM32CubeMX微控制器設定和專案管理工具。
在開發者中高人氣的STM32Cube生態系統,其STM32CubeMX目前一年平均下載量超過25萬次。現在,透過整合STM32CubeMX與STM32CubeIDE,意法半導體打造了一個更強大的開發環境,遠勝其他廠牌的同類型工具產品。STM32Cube完整生態系統還包含STM32CubeProgrammer的程式碼讀寫器和STM32CubeMonitor系列的程式碼運作監控軟體,以及眾多獨立的MCU韌體包。
意法半導體微控制器事業部總經理Ricardo De Sa Earp表示,透過這一技術的創新,使用者能夠最大限度地提升產品功能和性能,並縮短研發週期,以及降低開發成本。此後意法將繼續擴大STM32的應用前景。STM32CubeIDE是 STM32Cube軟體生態系統的一部分,可無縫支援現有多達800多款STM32 MCU及其相關硬體平台。
Digi-Key擴大工業自動化產品組合
電子元件經銷商Digi-Key Electronics推出全新設計工具--DK IoT Studio。DK IoT Studio是整合式開發環境(IDE),期望能讓開發人員和供應商以非常輕鬆的方式打造IoT解決方案。DK IoT Studio能讓使用者在數分鐘內從想法進展到原型開發,毋須編寫任何程式碼
這款新工具是與Atmosphere IoT攜手合作開發的成果,提供直覺的使用者介面,以及拖放功能。使用者只需輕鬆拖曳感測器、處理器和其他資料庫項目,然後拖放到設計面板上,即可建立連線,開始收集資料並傳送到行動裝置或雲端。DK IoT Studio亦可產生嵌入式程式碼(韌體)以及網頁和行動應用程式碼。
Atmosphere IoT Corp執行長Jeff Liebl表示,Atmosphere IoT很高興能與 Digi-Key展開這次合作,這對Digi-Key社群來說意義重大。在過雙方合作下,一同將智慧型連線產品的概念複雜度降低,轉變成可實際運作的系統。
DK IoT Studio的初始版本將採用Espressif的ESP32和NXP的Rapid IoT套件,之後將每季新增其他供應商的平台。本工具還有其他顯著的優勢,其中包括可建立及匯入/匯出設計,以達到專案共用/客製化;並運用Amazon Web Services(AWS);更可將資料整合到第三方應用程式、資料儲存庫或雲端平台。