（六） TI 蓝牙 5.0 方案介绍

那这个的话，是我今天会讲到的一个日程。 那首先的话，我会讲一下5.0是什么东西。 那我们5.0有什么新的特性， 后面的话，我会讲一下5.0会用在哪些场合。 也是和大家一起去探讨。 可能大家会想得到更多。 那第三个话，也就是说， TI在这个5.0上面的 这个已有的方案， 以及对我们新的产品的一个介绍。 那第四个话，就是跟大家一起去探讨， 就是5.0在技术上面的一些细节， 它是怎么去做到这样的一些功能的， 第五个呢，就是我们TI的一些法则以及TI的芯片来入手 我们去讲一讲怎么把5.0的这个 环境给拿捏起来。 第六个话，也就是一个动手环节。 所以说，如果大家有电脑的话， 首先把电脑打开， 把我刚才的几个小的软件给 拷上去，一个是我们的开发环境， LI的开发环境 那另外一个就是我们的SDK 我们的SDK TI的SDK里面包括了很多的议程 有助于帮助大家开发 而不是从零开始 好 我们先来看一下我们的蓝牙5 蓝牙5有几个特性 那第一个特性 比我们现有的蓝牙4.2来说呢 我们的距离是有了4倍的提升 4倍的提升 那我们的速率是有了2倍的提升 我们的广播包的数据包长度是有了 8倍的提升 那这样的话 那这有助于扩展我们之前基于BLE的一个蓝牙应用点 好的 我们看一下 首先谈一下这个 long range的模式 那long range的模式 它为什么可以传这么远 那后面我也会详细去讲 那用一句话来说的话 就是说 在我相同的发射功率的情况下 我提高了接受的灵敏度 就是我的发射功率是没有变的 5个dB的发射功率 但我提高的是我的接收灵敏度 怎么去提升我的接收灵敏度你 其实使用 了不同的编码方式 来提高我的接收灵敏度 导致我的整个传输的budget的值 比我们现有的蓝牙要高出好几个DB 所以我们的距离增加 那增加的好处就是我们可以 全家庭的覆盖 所以我们智能家居里面都是用zigbee 或者是小无线加上一个小无线转环的gateway的方式来做的 那可能我们后面的一个推广方式 可能是利用蓝牙把这个功能推出去 第二个就是更快的数据传输率 更快的数据传输率就是相对于我们的蓝牙4.0或4.2 我们的数据传输率会更快 因为我们支持2MBPS 那另外一点就是说 TI的CC2640R2F这个芯片的话 它可以达到5MBPS 但这种传输方式是私有的传输方式 并不是总的蓝牙的传输方式 他可以做到5MBPS 第三点就是广播包的一个扩展 大家知道现在我们蓝牙的payload advertising的payload可以到多少 27 27个字节 所以我们在5.0里面 我们的payload 会增加到255个字节 255个字节 所以这是一个质的改变 它的payload的数量会大大增加 很多人都在强调我们的蓝牙mesh 我们的mesh讲到了有各种各样的功能 其实mesh归根到底也是用了255个字节来做广播 去做mesh 主网 它并没有连接 并不是说 我的一个mesh连得好 是因为蓝牙重复设备 和zigbee一样有节点和网关的概念 其实蓝牙没有 它就是通过广播的方式 我想大家肯定有人知道 就是市面上面 包括有很多的公司 用过TI的CCL5去做过 蓝牙的mesh 这种 mesh 其实和5.0比较接近 只是 比5.0简单 就是没有5.0那么强的通用性 它就是通过广播和病毒扩散的方式来做 mesh mesh的话 它的功耗其实是一个问题 它的功耗没法和我们的蓝牙功耗相提并论的 因为你的mesh是处于广播的方式 一直不停广播和接收 对吧 所以你的功耗是有一个提升的 好的 那我们谈到了蓝牙5.0的三大特性 那我们来看看蓝牙5.0的三大特性可以用在哪里 第一 大家可以想到可以用在智能家居里面 我的距离可以传输的这么远啊 那我能不能用在一些门锁上面呢 或者一些灯控上面呢 或者有些三色上面呢 我都可以用蓝牙5.0 一个蓝牙芯片就可以搞定了 因为毕竟蓝牙芯片的价格要比我们的zigbee要便宜一点 另外 就是在一些百变的行业里面 可能咖啡机啊 美容仪啊 或者小的行业里面 那我之前 是用WiFi的方式 但我现在也可以用蓝牙的方式把它做好 那另外一个的话 其实我们觉得 深圳是一个做消费类的主导方向 但消费是一个杀价 和竞争非常激烈的市场 那我们可以看看工业类市场 我想大家都是蓝牙的专家或无线的专家 那深圳蓝牙都是全中国以前的 那我们来看一下工业类和医疗类的市场 这个市场的利润率其实是非常高的 在这个市场 我们用无线的方式改造传统有线的方式 这个其实也是一个非常不错的点 我们看到蓝牙5.0这种high data rate long range 的模式 我们可以在工业领域找一找合适的应用点 我想这个大家可以一起去探讨 另外我们来看一下就是我们的high data rate 它可以做什么 大数据量的传输 第一 我们在想能不能替代传统的ATDP的方式 做蓝牙耳机呢 其实这也不现实 其实蓝牙是一个非常稳定 非常稳定 非常传统的方式去做 如果我们用蓝牙5的high data rate的方式去做的话 其实也有一定的局限性 那我们可以结合遥控器去做语音的一些传输 包括我们做一些类似于 语音传到云端去做剪辑的方式 蓝牙5.0 TI 也是有要给demo的方式 通过两个组合层然后可以相当于 做对讲的方式 做实时的对讲 那实时的对讲 大家肯定会问一个问题 既然你能做实时对讲 那我们能不能做到long range的实时对讲呢 对不起 这个是做不到的 远距离和high data rate是相互矛盾的 两个个体 你做了long range 你的数据量必然要下降 你做个high data rate你的距离肯定是传不远的 所以这些场景的话 也需要和大家探讨 下一个我们看一下广播 广播的extension 这个应用其实非常好 就是做beacon 我想大家有很多可以看到市面上面 有阿里巴巴 微信的摇一摇 或做停车场的室内导航室内定位 这些都可以通过beacon的方式做的 现在的payload已经加到了两百多个字节 那其实每一包的广播数据 都可以载运更多的信息 那这个信息怎么去利用 怎么去加工 那就要靠各位一些不同的好想法 去做这个市场 另外就是我们讲到的一个 一些其他的应用 比如有一些 安全性比较高的环节 那我们要求数据的实时传递 那数据的实时传递是需要High data rate的方式去做的 比如我们做一些支付 比如我们现在看到的一个非常好的市场就是 我们做的那种智能手环 或者我们的银行卡对吧 这个一方面就是要求体积做的非常小 另外一方面就是要求数据的实时传输 第三个的话 我们来看一下 TI在蓝牙5上的一个解决方案 那大家可能应该知道 TI的话在 2015年底就有出来一个芯片叫做 CC2640 大家有用过吗 有用过的举个手 CC2640 好的 看来我们还要提高我们的知名度啊 大家用的并不多 那确切的说 这个产品的话 存在一定的问题和短板 就是我们这个flash的空间太小了 那我们也是接受了广大客户的一些建议和意见 那我们把协议栈的大部分全部 都放在ROM里面去了 这问题其实客户一直在跟我们提出来 这个问题 也抱怨TI的响应有些慢 我也跟大家简单解释一下 不是我们响应慢 其实我么的做法非常简单 我们把这个协议栈划在ROM里面去 这个协议栈是要经过verify 就是要经过足够的验证的 那如果我们把4.1的协议栈放在ROM里面去的话 其实意义并不大 因为现在主流的 协议栈是蓝牙4.2的 其实我们一直在做的一件事情就是verify 4.2的协议栈完全没有问题了之后 才把这个协议栈放在我们的ROM里面去 因为你流电一次 你要做足够的验证 你要有各种软件的支持 你也有各种的数据显示出来之后 我们才会把这个SDK拿出去 所以这个时间的周期是非常长的 我们一直在做验证 一把成功 然后把我们4.2的协议放到我们的ROM里面去 然后才有了我们的这个芯片 叫做CC2640 R2F 那一方面 我们把协议栈放到RM里面去了 另外一方面的话 我们这个上面其实还有一个 专门一个叫做RFCore 就是我们射频的内核 其实这个射频的内核是不对外开放的 就是不对工程师开放的 那作为我们的研发阶段的话 它其实会在射频的调制 性能上面 会自己去编程 包括 我们这种RF信号的编解码 都会去做一些改善和优化 那我们把4.2的协议栈放在ROM里面 之后 我们在RF核上做了很多工作 让它可以支持蓝牙5.0 大家知道 Long range的spec其实是TI 自己的版权TI把自己的这块东西 给到了蓝牙联盟 作为蓝牙5的一部分 所以大家可以看到市面上面 支持蓝牙5.0的 目前来看 TI的这个控件能做到支持蓝牙5.0 其他的竞争对手可能也在做 但是 第一没这么快 第二就是做出来 也没有TI这么稳定 第三 就是没有量产 其实这一页的话 我刚才讲的东西比这一页还要多 我们来看一下TI在蓝牙5上面的一个安排 那我们的芯片其实已经发布出来了 在今年早些时候就已经出来了 确切来说 是去年12月的时候就已经出来了 但当时出来的时候 我们是主打蓝牙4.2 去替代我们之前的CC260 以及CC2640做不了的一块市场 今年来看就是适量的市场 我们还不错 有很大的收获 我们在芯片上面 已经支持蓝牙5.0的时候 我们的软件团队就一直在做蓝牙5.0的协议栈 那蓝牙5.0的协议栈分为几个部分 第一个就是我们今年在四月份的时候其实 release了第一版蓝牙5的协议栈 现在市面上面 包括三星的S8手机 也支持蓝牙5.0 其实它只是蓝牙5.0的 high data rate的一个模式 以及一个广播的扩散的模式 只支持这两个 那我们在 它上面写的是3Q 但是实际上我们已经release到我们的demo Long range我们的远距离 已经把软件release了 我们后面在这个夏天的话 就会把这些功能都整合在一个SDK里面 包括第三个点 就是我们的 大数据的广播包 这是一个功能的话 我们会整合在一个SDK里面 今年夏天的话 我们会发布这一台SDK 这样的话 我们的芯片就完全支持蓝牙5.0 关于我们芯片的介绍 我简单一点讲 也非常直接 大家可以看到 就是TI 不管是我们的CC2640 还是TI我们的1310 还是我们的1350 我们的框架都是一模一样的 我们的框架都是一模一样的 也就是我们的硬件平台都是一模一样的 再加上我们这个BD的精密 包括我们软件的平台也是一模一样的 这样也有助于各位客户去做开发 比如今天开发小无线的产品 明天去开发蓝牙的产品 后天我开发MCU的产品 外后天我再开发WiFi的产品 那开发不同的产品 我所用到的软件包其实是一模一样的 软件框架其实也是一模一样的 这样的话 就有助于大家上手 转不同的平台去做开发 比如大家今天用这个产品做了一个水汽表 或者一个智能家居的设备 明天老板说要不我们换一个芯片 换SP的芯片 或者macro chip的芯片 我想大家肯定不会去干这个事情 从一个平台调整到另一个平台 很多东西都要改 很多底层都要改 但其实这个工作量是反反复复的 所有的模块都需要你去做测试 但TI的这个平台就有一个好处 我可能今天用蓝牙 明天用小无线 平台基本上都是一样的 对应的硬件部分的改动只有天线 但对软件的改动 底层驱动都是一样的 只需要把这些协议改变一下 那我产品就OK了这样就方便了 快速去开发的一个方式 那我们可以看到 简单介绍一下我们这个框架 那这个核的话 是一个M3的内核 那它上面还有一个radio 就是 我们讲到的MD的一个内核 专门去做射频的调值和解调 除了这两个之外 还有一个sensor controller engine 就是我们所说的协处理器 那这个协处理器的话 可以做一些sensor的数据采集 比如I2C的data啊 或者还可以做触摸按键 那这个是我们整个框架的介绍 从下面可以看到 我们从封装的方式 我们有2.7X2.7的WCSP封装 4X4的封装 5X5的封装 以及7X7的封装 这样就有助于各位开发不同的产品 开发不同的产品 那这边的话 就是介绍了我们的一些 性能指标 我们可以看到 我们的Cortex M3 它的每兆赫兹的功耗是61个微安 总体的跑分是143分 其实不算太好 是吧 大家也了解不是太好 但是我觉得整体的性能是非常好的 包括低功耗的稳定性是控制的非常好的 因为我们这个东西不是针对非常高端的市场 不是针对我们跑200的M4的市场 就是把它的整个跑分控制在非常高 因为我要兼容我的性能和我的功耗 这两点 那做一些小的总结 就是说 那目前来看 我们是有这么几点 那几个总结的话 就是 我们目前MCU的品牌是一个集成度非常高 集成度非常高的一个MCU的平台 然后加上蓝牙这样一个功能在里面 可能针对智能家居 智慧家庭 或者各种与蓝牙做连接的设备的应用 另外 我想强调的就是 我们的设备性能其实是非常不错 这些性能是非常不错的 大家如果去看这个射频指标 TI的射频距离比市场上任何的蓝牙芯片 都要做得好link budget 具体的指标我们后面看一下link budget 非常好 它的功耗和性能 是做的非常好 那回答刚才工程师问到的一个问题 那就是1350能不能一根天线来支持两个频段 这个是需要非常强大的硬件的工程师 去做8F的设计 因为有这样的天线 有支持868的频段 同时支持2.4G的频段 那你同时支持两个频段的天线是OK的 但在射频前端 你怎么去保证哪些器件 同时在2.4G的频段 或者在小无线的频段 它是完全没有问题的 其实这是对 射频的要求非常非常高 但目前来看 我们的做法肯定是把两个分开 把两个不要放在一起 把我们的小无线和蓝牙完全分开 这是可以去做的 就是对工程师的要求会非常非常高 就TI有一些参考的天线 就是小无线和2.4G的 就是在这两个频点里面 不管是效率 还是我们SCL的指标 都是做的非常好的 那我们说完射频性能了之后 我们再来看一下我们的协议栈 我们现在蓝牙5.0的协议栈完全支持两个功能 另外的话 我们还有Multi Role Solution 所谓Multi Role Solution就是我们支持多种的连接方式 这样的话 你的蓝牙可以作为主机来连的冲段设备 也可以被冲段连接 比如智能手环 通常的话我们把它作为一个冲设备跟手机去连 但你如果可以在sensor里面的数据做采集的话 你就会去连接你的sensor 去始终确保你的手环和你的设备是始终保持连接的 这种方式也可以去做 那这个就是multi role Multi role 的话 目前我们只能连接8个设备 被限制的原因 就在于我们RAM的空间有限 就是你每多连接一个设备的话其实对 对你的flash 对你的RAM的消耗 都会有一个增长 那后面的话 就是说 包括我们就是支持这个网络处理器的方式 把它当做一个网络处理器去用 然后前面加上一颗MCU的芯片 当目前来看 手环的方案有两个部分 第一个就是SOC 一颗芯片把手环的所有功能做完 换一个角度来看 如果我们看到的小米 比如说小米 或Garmin的手环 那它的这种方式的话就是说 我可以用一个非常传统的MCU 再加上我们一个蓝牙的芯片 去做这样的方案 那这样的话 我们就可以把我们的蓝牙芯片 当成一个网络处理器 做出一个输送模块去做 甚至来说 TI不是有很多设备要求支持5.0吗 那我们把5.0的芯片当做一个传输模块来做 它就是5.0 那我们就解决了很多在工业上面 或者消费类方面解决不了的距离问题吗 解决不了的数据问题吗 我们这里有很多的客户 他可能要做 high data rate的传送方式 不得已去选择了经典蓝牙 第一成本会比较贵 第二的话 就是 经典蓝牙的调试其实是非常麻烦的 CSI提供的是无线的方式 只是适合于传audio 它传audio的界面非常简单 芯片很贵 那我现在用BLE去传一个语音 而不是audio或其他的一些图像 那我可以通过蓝牙5.0 两兆的 PHY程去做传输 这个其实是非常有价值的 那另外的话 就是说 我们支持的这个homekit 我们现在支持homekit的方式就是 我们需要前端加一个MCU去做 比如我们的RAM和flash的size受限 那我们需要前面加一个MCU 然后我们这个蓝牙用作网络处理器 作为network processor去做 这样的一个方式去搭配 那后面我们会在新一代的平台CC2642上面 去做整个的homekit 那就是一颗芯片 能做蓝牙的homekit 那我们再来分享一下 我们的技术细节 我们来看一下蓝牙为什么会支持long range 为什么支持high rate 为什么它要做data extension 我们先来看看long range 大家也看到过 就是Long range的话 它是基于一种什么样的技术 其实也是基于SDK的一种调解方式 这其实是没有变的 它变得就是我的PHY的编码 它分为可编码和不可编码 那我们可以看一下我们蓝牙4.0 4.1 4.2 是基于一种不可编码的PHY程来做的 那它的调整方式就是我传一个 我这边传一个 我主机端传一个 然后从另一端接受一个 那对于我们蓝牙5的话 它的PHY是用编码的方式去做的 那你用demo的方式 肯定就牺牲了效率 我可以传一个 传两个 然后需要做一个验证 这种方式来做的 它是用了一个前向 前向错误编码的方式 来去做这种调整 来去做这种校验的 为了保证数据的稳定性 为了保证数据的误码率 那所以说 简单大家理解的话 它的这个数据传输率就比较低 工作量就会比较小 但它的抗干扰性就会比较强 它的数据的误码率就会小 所以它就可以做到距离更远 那它牺牲的就是我们的吞吐量 那我们编码PHY主要是两种方式 一种是 500K的BPS 第二种就是125K的BPS 那所以说你的数据传输率越小 那你的传输距离就会更远 那我们做了一个对比 那我们做了一个对比 另外来看的话 就是我们的4.2 是1MBPS 的PHY 5.0是2MPBS 它的最大的一个带宽的吞吐量 就是它的一倍 那两兆和一兆的关系只是空中输入的data rate 就是我们是空中的点和点 而不是我们的蓝牙层一边对另外一边 可以做到多少 一边到另一边 是和你的协议栈相关 和你的应用层相关 包括你做串口的模块 你的串口的最大传输率 也有关 这些问题我们先搞清楚 做了一个对比的话 蓝牙4.0 4.1 4.2 5.0 那我们来看一下 蓝牙4.0 4.1都只支持1MBPS的PHY 那5.0支持2MBPS的PHY 这必须得要 这个也是必须我们的硬件要支持的 第二个就是我们的payroad 它只能是你连接了之后的 你连接了之后我们有一包数据可以传 一包数据可以传多少个字节 那4.0的话只能传27个字节 4.2的话 最多传255个字节 5.0也同样是27到255个字节 这个是可以选择的 那数据传输率 那4.0是305K 4.2是因为你的payroad增加了 增加到了780K 到了5.0的话 它的数据量会更高 所以它的传输率会更大 同样的 305K 780K 1.4兆全部值得都是 空中的点到点的传输更高 那我们再看一下advertisement extension 那这个就是我的广播包 我们可以看到之前我们4.0 4.1的蓝牙广播包 都是在三个channel 37 38 39 不好意思 我刚才有说错一个地方 我刚才说pay load 只有27个字节 27个字节是我们连接了之后 我们每包按27个字节 广播的时候是可以到37个字节 我们的5.0的话 它这个广播包 可以扩大 第一它可以扩大 第二它的广播的channel 不只是在37 38 39这三个channel 它可以在我们payload 的任意channel 这是我们的一个变化 这是我们的一个变化 那谈到最后一个方式的话 就是我们的这个hopping model 它就是跳频 那我们将一个蓝牙设备和另一个做好链接之后 那我们会在某一个channel上发数据 发完之后 它会跳到另外一个channel上去 发数据 那这个发数据的方式怎么去做呢 其实一开始做链接的时候 我们就有一个channel map 在channel map上面 我们就定好了自己的hopping increment 我们的 previous channel 就是一开始我的第一个channel在哪里 increment是多少 那我每次交换完数据后 我在increment 上面主加 内加 然后我们再去做一个connection 我们再去做数据的收发 我们都是在同一个频段上 去做数据的收发 包括这个频段 我们可能通讯不上 我们再换一个频段去做通信 我们的整个带宽都是2402到2408 我们可以在上面不同的跳频 那5.0跳频的方式 是跟我们传统的4.1 或4.2是完全不一样的方式 这个大家如果要细教的话 大家可以去看看spec上是怎么规定的跳频的方式 那从我们自己的角度来说的话 其实这个东西 从应用层的角度来说 我们可以完全不去管它 因为这个东西它不会体现在我们的 软件的设置上面 或者软件的编程上面 因为这完全是由协议栈自己控制的 就是我们刚才讲到了三点 都是协议栈自己完全控制的 我们只是去理解为什么它 会有这样的变化 它是怎么做到的 那我们刚才谈到的三点的东西 之前提前有讲过 就是这三点是怎么做到的 其实它全部是放在这个RFcore里面 我们这上面有一个专门的RFcore 它不对外去开放 但它确实有一个这样的core 这个core专门处理调制解调 包括信号的编解码 包括data的payload是多少 其实都是由这个内核来控制的 那这个的话 就是我们在 挪威去做的一个测试 那这个测试上面的话 我们可以做到 1.5公里的Long range mode 我想我们刚才测试的话 200到300米应该也有啊 200米左右 200米左右应该是有的 还转了一个弯 所以我们通过编码的这种方式 去达到这种更远距离的传输模式 其实是可以找到非常多的有利的 就是目前我们做不到的市场 通过蓝牙5.0我们都可以去尝试 去做这个市场 这个是我们自己在室内去测试的 这个是在达拉斯 我们TI的办公室里面 去做的一个测试 那测试的话 400米是完全没有问题的 我们刚才谈到了 就是说 这种long range 这种long range的方式 我们去做传输 为什么它能在没有提升我的发射功率的情况下 我怎么还能做到这么远的距离传输 我们可以看到有一点 就是我们来讲一下link budget是什么意思 link budget就是我们的TX减去RX 一个差值 比如说 我们可以看一下 那 TI的话 它的TX POWER是5dmb 这个是不变的 当我们的RX sensitiviy就是灵敏度 是可以做到-97dbm的 那我们的link budget是102个db 那我们通过125KBPS 5.0 long range的方式去做 那我们的RX sensitivty的话 可以到-103DBM 那这样的话 我们整个link budget就从 102个db 提升到了108db 3db就相当于我们的距离会远一倍 所以这就是为什么我们的距离可以做到 也不是TI的距离 就是蓝牙5.0的距离 比蓝牙4.0要远四倍的原因 就是因为它控制住了 通过不一样的这种PHY的编码方式 使得我接收数据的距离会 变得更远 就是我的 就是我接收的误码率会更低 就是我会传的更远 那大家可以看一下 那就是说 用传统的方式 如果我要做一个超过100米 100米左右的一个防油器 或者其他的一些报警设备 那我们通常的做法是一颗CC2541 CC2640或者加上一个PA的方式去做 那有了蓝牙5.0之后呢 那我们完全就可以把PA的钱省下来 因为最低的发生功率是5.9个毫安 所以我写了6个毫安 但我们在5个dBm的发射功率的话 它是在9个毫安 所以这两个指标大家都要去关注 大家需要去蓝牙的spec 或者去看其他的一些参数对比 第一我们看一个dBm的发射功率多高 第二 我们看看5个dBm的发射功率多高 两种都要结合去看 你不能光看它一个dBm的发射功率 也要看它5个dBm的发射功率 那所以说 我们传1.5功率的时候 同样的 它的发射功率也只有 9个毫安 我们会按照5个dBm发射的方式去做