Nordic：超低功耗無線通信領域

Nordic一直專注在超低功耗無線（ULP Wireless）通信領域，最開始Nordic公司做的是低功耗的2.4G，該協議被無線鼠標和鍵盤廣泛采用，獲得了巨大的成功。經過多方和多年的努力，該協議最終演變?yōu)榇蠹沂熘牡凸乃{牙，所以說Nordic是低功耗藍牙協議的重要貢獻者。Nordic舉全公司之力，深耕低功耗藍牙領域，為用戶打造低功耗藍牙整體解決方案，大大降低了低功耗藍牙的開發(fā)門檻，可以說，低功耗藍牙這么流行和成功，Nordic是做了非常多的貢獻。Nordic一直引領低功耗藍牙的發(fā)展，始終占據低功耗藍牙市場份額第一的位置，為用戶不斷擴充和精進自己的解決方案。

低功耗藍牙主要應用場景為一對一或者一對多短距離無線通信場合，隨著物聯網時代的到來，更多的低功耗無線通信場景被發(fā)掘。比如智能家居，這是一個典型的低功耗多對多通信場景，即mesh組網應用，而802.15.4目前在智能家居市場占據了一個主導位置，其與低功耗藍牙有很強的互補性，而且802.15.4對低功耗要求也是很高的，而低功耗無線正式Nordic一貫的優(yōu)勢和戰(zhàn)略，所以Nordic公司進入了802.15.4領域?；?02.15.4，Nordic推出了Thread和ZigBee兩種解決方案。Thread支持IPv6，具有自動恢復、高可靠性、低延時等特點，是智能家居理想的解決方案之一。ZigBee是一種典型的Mesh解決方案，技術成熟，市場接受度高，生態(tài)系統也比較齊全。

低功耗藍牙和802.15.4都是低功耗短距離無線通信協議，物聯網應用還有很多低功耗長距離無線通信需求，比如共享單車，水表燃氣表，智慧城市管理，物流追蹤等，目前看起來，低功耗蜂窩物聯網將成為這些市場的主流解決方案。蜂窩物聯網包括NB-IoT和eMTC兩種協議，主打長電池續(xù)航時間，有很高的低功耗要求，符合Nordic一貫的優(yōu)勢和戰(zhàn)略，所以Nordic公司又進入了NB-IoT和eMTC領域。NB-IoT和eMTC，兩者各有所長，NB-IoT更專注在少量數據通信，靜態(tài)部署，更低功耗的應用場合，而eMTC的優(yōu)勢則在于高通信速率，可移動性，以及空中升級。

目前市場上的確存在這三種解決方案：無線SoC方案，無線connectivity或者transceiver方案，以及模塊方案。Connectivity方案需要兩顆芯片：一顆主MCU用來運行應用和上層協議棧，一顆transceiver芯片用來進行無線通信，所以成本會比較高。由于兩顆芯片之間需要通信，所以功耗也會比較高。Connectivity方案的好處是標準化，主MCU和transceiver之間遵守標準的通信協議，所以主MCU和transceiver兩者的可替換性就比較強，像手機一般都是采用這種方案。SoC方案則是將整個協議棧都放在同一顆芯片里面，而且有可能整個應用也是放在這顆芯片里面，所以它的成本就比較低，目前大部分低功耗藍牙廠商都在主推這種方案，比如Nordic自己。與connectivity方案不同，SoC方案里面的協議棧一般都是每家芯片商自己開發(fā)或者委托第三方開發(fā)的，所以芯片商的開發(fā)能力對產品品質影響很大。做得比較好的芯片商，SoC方案功耗可以做得很低。由于芯片商對整個協議棧負責，所以可靠性，認證和后期維護都能得到很好的保證。確切說，無線解決方案在芯片層面只有上面2種：SoC方案和connectivity方案。但是一顆芯片要工作起來，必須要有外圍電路，很多客戶對此不是很擅長，所以模塊方案就應運而生了。Connectivity方案和SoC方案一般由芯片商直接提供，而模塊方案由模塊商或者方案商來提供。模塊是一個最小的可工作無線系統，整合了芯片及其必要外圍電路。有些研發(fā)能力比較強的模塊商，還會提供增值服務，即不僅提供硬件的模塊給到客戶，同時還會對原始芯片商的SDK進行二次開發(fā)，以更精準地滿足客戶需求。模塊方案的好處是節(jié)省客戶開發(fā)時間，幫助客戶快速量產，其不好的地方是增加客戶成本，方案的可擴展性和靈活性不夠高。

說到創(chuàng)新解決方案，第一要提的就是Nordic公司的低功耗，Nordic公司的SoC是全Flash制程（Flash制程好處是方便開發(fā)和維護，但是它的功耗會比較高），即便如此，Nordic公司的功耗也是業(yè)界最低的。比如，在每1秒收發(fā)一包數據的低功耗藍牙連接通信條件下，Nordic公司的平均功耗只有6uA左右，可以說非常的低。

第二個要提的創(chuàng)新點是：SDK的先進性和靈活性。Nordic公司友商的SDK要不只能裸跑，要不一定要跑在一個特定的實時操作系統（RTOS）上，而且限制了客戶的開發(fā)環(huán)境，比如只能采用Windows系統來開發(fā)，比如只能使用自己的IDE。而Nordic SDK既可以裸跑，也可以加載市場上各種流行的RTOS，比如FreeRTOS，Zephyr，AliOS-things，mBed等，并且跨平臺，同時支持Windows/Mac/Linux系統，支持Keil/IAR/GCC/Segger embeddedstudio等多種IDE。

第三個要提的創(chuàng)新點是：提供全套固件升級方案。Nordic不僅提供設備端SDK以幫助客戶實現固件空中升級或者串口升級，同時提供手機app端SDK以幫助客戶快速完成手機端軟件的開發(fā)。Nordic公司提出了簽名固件升級方案，通過非對稱密鑰算法對新固件進行驗簽，以保證升級的安全性。Nordic公司還提出了協議棧和應用單獨升級方案，以加快升級速度，增加升級的靈活性。

第四個要提的創(chuàng)新點是：協議棧的先進性和高可靠性。Nordic的BLE協議棧同時支持主從角色，而且最多可以同時支持20路連接，每個連接的連接參數還可以靈活配置，比如主從模式選擇，高速和低速選擇，藍牙5和藍牙4選擇，長距離和短距離選擇，這些都是友商無法達到和企及的。

最后要提的創(chuàng)新點就是多協議動態(tài)共存。一顆SoC同時支持低功耗藍牙和802.15.4已經慢慢成為市場趨勢和主流了，但是大部分同行只能做到靜態(tài)共存，即要不工作在低功耗藍牙模式，要不工作在802.15.4模式。Nordic則可以做到動態(tài)共存，即設備同時處于低功耗藍牙連接模式和802.15.4自組網模式。動態(tài)共存一個比較好的應用例子是，手機app通過藍牙直接就可以實時控制Zigbee網絡里面的燈，這在以前都是不敢想象的。

Nordic半導體的現場應用工程師中國區(qū)負責人 艾敏華