賦能藍(lán)牙和電源管理，Dialog躋身32位MCU領(lǐng)域

　　摘要：作為MCU市場的后來者，要利用自己的原有優(yōu)勢(shì)跨界進(jìn)入。例如Dialog半導(dǎo)體公司擅長電源管理、模擬芯片和藍(lán)牙芯片等，不久前，該公司重磅推出了32位產(chǎn)品——藍(lán)牙低功耗無線多核MCU。公司低功耗連接業(yè)務(wù)部總監(jiān)Mark de Clercq接受了電子產(chǎn)品世界等媒體的采訪。

　　關(guān)鍵詞：MCU；M33；藍(lán)牙5.1；電源管理

       1 SmartBond? DA1469x藍(lán)牙低功耗SoC系列的特點(diǎn)

       半導(dǎo)體公司的新產(chǎn)品是藍(lán)牙低功耗SoC系列，包括4個(gè)型號(hào)，均建立在Dialog SmartBond?產(chǎn)品線的成功基礎(chǔ)之上（如圖1），為廣泛的IoT連網(wǎng)消費(fèi)類應(yīng)用提供更強(qiáng)的處理能力、更多資源、更大的覆蓋范圍、和更長的電池續(xù)航能力。此次發(fā)布的DA1469x是第一個(gè)采用基于ARM處理器的專用應(yīng)用處理器的量產(chǎn)無線MCU系列。M33為高端健身追蹤器、先進(jìn)智能家居設(shè)備和虛擬現(xiàn)實(shí)游戲控制器等計(jì)算密集型應(yīng)用提供更強(qiáng)大的處理能力。
　　系列為開發(fā)人員提供了先進(jìn)的連接功能，可以滿足多種應(yīng)用的需求，并使其經(jīng)得起未來的考驗(yàn)。其新型集成無線電提供的覆蓋范圍是前代產(chǎn)品的兩倍，結(jié)合基于ARM的軟件可編程數(shù)據(jù)包引擎，可部署協(xié)議并為無線通信提供充分的靈活性。
　　在連接方面，一個(gè)新興的應(yīng)用是制造商通過新推出的藍(lán)牙5.1標(biāo)準(zhǔn)中的到達(dá)角度（，AoA）和離開角度（AoD）特性實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位。DA1469x符合此標(biāo)準(zhǔn)的新版本，為樓宇門禁和遠(yuǎn)程無鑰開鎖系統(tǒng)等需要精準(zhǔn)室內(nèi)定位的設(shè)備開辟了新的機(jī)會(huì)。
　　為了增強(qiáng)系列的傳感功能，M33應(yīng)用處理器和M0+協(xié)議引擎配備了傳感器節(jié)點(diǎn)控制器（SNC），該SNC基于可編程微型DSP，可自主運(yùn)行并獨(dú)立處理來自與其數(shù)字和模擬接口相連的傳感器的數(shù)據(jù)，只在需要時(shí)喚醒應(yīng)用處理器。除了該節(jié)能特性外，其最先進(jìn)的電源管理單元（PMU）

　　還可以通過控制不同的處理內(nèi)核，并只在需要的時(shí)候激活它們，提供業(yè)內(nèi)最佳的電源管理。
　　開發(fā)人員可以利用DA1469x系列全面的計(jì)算能力和功能。該SoC系列提供高達(dá)144 DMIPS、RAM、內(nèi)存保護(hù)、浮點(diǎn)單元、專用加密引擎等，提供端到端的安全性和可擴(kuò)展的存儲(chǔ)器，確?？梢岳迷撔酒M系列實(shí)現(xiàn)廣泛的先進(jìn)智能設(shè)備應(yīng)用，并支持一系列關(guān)鍵的增值接口，進(jìn)一步拓展功能。
　　PMU還提供3個(gè)穩(wěn)壓電源軌和1個(gè)LDO輸出，為外部系統(tǒng)元件供電，無需額外的電源管理IC（PMIC）。
　　此外，DA1469x產(chǎn)品系列還配備了一系列關(guān)鍵的增值接口，包括顯示驅(qū)動(dòng)器、音頻接口、USB、高精度ADC、能驅(qū)動(dòng)ERM和LRA電機(jī)的觸覺控制驅(qū)動(dòng)器、以及可編程步進(jìn)電機(jī)控制器。
　　2 熱門問答

       2.1 與其他MCU相比的特色

       問：和其他MCU公司開發(fā)的無線MCU相比，這款產(chǎn)品的最大不同是什么？
　　答：我們的優(yōu)勢(shì)主要是能夠集成一些高度復(fù)雜的模擬電路和電源管理單元。因?yàn)槠渌麤]有一家供應(yīng)商能夠集成電源管理單元，還有電池的充電器，還包括一些模擬電路中非常特別的，比如觸覺驅(qū)動(dòng)器、自動(dòng)電機(jī)控制器和白光LED驅(qū)動(dòng)等等，這些模擬電路是比較難集成的，我們可以集成這些高度復(fù)雜的模擬電路。集成后，節(jié)省了PCB（印制板）占板空間和成本（如圖2）。
　　問：這個(gè)產(chǎn)品有兩個(gè)大類，一個(gè)是通用型，一個(gè)專用型，能不能介紹一下專用型主要面向哪些應(yīng)用？
　　答：專用型應(yīng)用包括可穿戴設(shè)備、虛擬現(xiàn)實(shí)、遙控、游戲控制器、有語音控制的高端機(jī)頂盒遙控等。還包括像使用可充電電池的電子煙、智能家居門鎖和高端玩具等，這些應(yīng)用需要一些專用的外設(shè)去實(shí)現(xiàn)。
　　問：智能門鎖的應(yīng)用場景如何？
　　答：智能家居當(dāng)中會(huì)應(yīng)用到一系列不同的技術(shù)，例如藍(lán)牙m(xù)esh技術(shù)，Dialog是支持的。另外，Dialog還支持藍(lán)牙領(lǐng)域的另一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)：HomeKit。為什么智能門鎖比較重要呢？我們看今天的電子門鎖，門其實(shí)不能探測(cè)人是在哪里的，你需要跟門鎖交互之后才能開門。但是有了藍(lán)牙5.1里的通過到達(dá)角度和離開角度實(shí)現(xiàn)定位功能，門鎖就可以感知到人是在屋內(nèi)還是屋外，是在一層或是在哪里，然后決定是否要開關(guān)門。
　　2.2 無線和藍(lán)牙5.1

       問：新型無線電提供的覆蓋范圍是前代產(chǎn)品的兩倍，請(qǐng)問這兩倍的提升是怎么達(dá)到的？如果覆蓋范圍達(dá)到前代產(chǎn)品兩倍提升的話，是不是功耗也有增加？
　　答：我們覆蓋范圍的擴(kuò)展，主要是將輸出功率從0dBM升級(jí)到6 dBm，還有接收靈敏度也提高了4 dBm。
　　說到功耗，Dialog實(shí)現(xiàn)0 dBm功率輸出的RF前端的功耗已經(jīng)是下降了，但是如果要達(dá)到6 dBm，確實(shí)功耗是上升。但這是取決于用戶的選擇，用戶在應(yīng)用中可以選擇讓輸出功率是6還是5、4、3、2、1、0 dBm 甚至更低，可以根據(jù)應(yīng)用不同而動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)功耗。

　　問：同樣是2.4 GHz，為什么這款芯片只支持藍(lán)牙？
　　答：我們其實(shí)考量了Thread和IEE 802.15.4的協(xié)議，而且也在上一代產(chǎn)品中的一個(gè)產(chǎn)品有Thread，但是因?yàn)檫@兩種協(xié)議的市場發(fā)展非常緩慢，所以我們就決定只關(guān)注藍(lán)牙市場，因?yàn)樗{(lán)牙的發(fā)展速度快，潛力也更大一些。
　　問：在工業(yè)領(lǐng)域，目前大部分用厘米級(jí)的定位，用UWB的方案。藍(lán)牙5.1能否部分取代UWB的市場？
　　答： UWB確實(shí)也是針對(duì)定位和物品追蹤技術(shù)的，現(xiàn)在我們?cè)u(píng)論可能還為時(shí)尚早，因?yàn)樗{(lán)牙5.1和UWB這兩項(xiàng)技術(shù)都還處于試圖打入市場的階段。不過藍(lán)牙有一個(gè)優(yōu)勢(shì)，就是它已經(jīng)集成在智能手機(jī)里了。除非UWB也集成到智能手機(jī)中，不然對(duì)于UWB來說，是多一層進(jìn)入市場的障礙。如果讓你選擇，在智能手機(jī)中增加一個(gè)新的無線電，并增加功耗和成本，還是用現(xiàn)有的技術(shù)，比如藍(lán)牙？可見藍(lán)牙比較占優(yōu)勢(shì)。
　　問：藍(lán)牙5.1的覆蓋范圍是多大？
　　答：覆蓋范圍跟舊版標(biāo)準(zhǔn)沒有太大的差別，因?yàn)榈竭_(dá)角不是確定覆蓋范圍的因素，覆蓋范圍主要還是由天線的性能來決定的。
　　另外AoA里面因?yàn)槭嵌鄠€(gè)天線，會(huì)釋放出波束，波束是向外擴(kuò)展的。離發(fā)射源越遠(yuǎn)的話，波束覆蓋的范圍越廣，但是精度就越低。
　　為了提高精確度，有的客戶會(huì)使用超過兩個(gè)天線，例如三四個(gè)天線進(jìn)行三角定位，或者使用兩個(gè)不同的接收器，通過兩個(gè)波束交叉部分來實(shí)現(xiàn)更精確的空間定位。
　　問：今天的產(chǎn)品支持AoA和AoD，如果支持尋向功能，是不是通過軟件功能能做到？
　　答：實(shí)際上，AoA和AoD就是尋向功能特性。尋向功能的實(shí)現(xiàn)有兩種方法，一個(gè)是通過AoA，發(fā)射器有一個(gè)天線，接收器有兩個(gè)及以上天線，來接收信號(hào)。另外一個(gè)方法是AoD，發(fā)射器有多個(gè)天線，通過發(fā)射器上的多個(gè)天線發(fā)射一個(gè)信號(hào)，而接收器端只有一個(gè)天線，但它實(shí)時(shí)收到來自多個(gè)天線的信號(hào)，來確定角度。
　　不管是AoA還是AoD，發(fā)射和接收端中，總是有一方是一個(gè)天線，另一方是兩個(gè)及以上的天線。對(duì)于只有一個(gè)天線的那端，不管是接收器還是發(fā)射器，它的協(xié)議引擎的設(shè)計(jì)都足夠靈活，可以通過軟件升級(jí)更新來實(shí)現(xiàn)這個(gè)特性。但是對(duì)于有多個(gè)天線的一端，就需要新的設(shè)計(jì)了，單純的軟件升級(jí)做不到。
　　例如智能手機(jī)和基站的應(yīng)用案例，智能手機(jī)一端可以通過軟件升級(jí)來實(shí)現(xiàn)，因?yàn)橹悄苁謾C(jī)是一個(gè)天線。但是基站有多個(gè)天線，所以就是新的應(yīng)用了。
　　2.3 電源管理

       問：新芯片的集成電源管理單元可對(duì)外接的設(shè)備進(jìn)行電源控制，是不是可以再介紹一下？
　　答：系統(tǒng)中一般的MCU都會(huì)有一個(gè)外接的電源管理芯片，從電池來向系統(tǒng)中不同的器件提供電壓不同和功率不同的電源。但是我們把電源管理單元集成到了芯片里面，它可以給外接元件供電，并且實(shí)現(xiàn)電源可控和優(yōu)化。
　　問：新芯片有7個(gè)獨(dú)立的電源域，從客戶的角度在應(yīng)用上是不是比較復(fù)雜？
　　答：這其實(shí)是Dialog設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)所在。我們的軟件里可以實(shí)現(xiàn)所有電源的自動(dòng)化電源管理，用戶只需要決定他要用哪些，我們的軟件會(huì)自動(dòng)去給他開通或關(guān)閉某些電源域。
　　2.4 MCU的產(chǎn)品定義

       問：既然你們已經(jīng)升級(jí)到了M33內(nèi)核，為什么可配置的MAC處理器沒有升級(jí)到M23的內(nèi)核？
　　答：Dialog當(dāng)時(shí)對(duì)比了M0+和M23，當(dāng)時(shí)Dialog在開發(fā)的IP是基于M0+的，認(rèn)為M0+和M23處理器之間的差別不足以重新來設(shè)計(jì)IP。
　　問：制程工藝是多少呢？在哪里生產(chǎn)的？
　　答：這個(gè)用先進(jìn)的55 nm ULP（超低功耗制程）工藝。我們還沒有官宣制造供應(yīng)商，歷史上一般是跟臺(tái)積電合作生產(chǎn)。
　　上一代產(chǎn)品的制程也是55 nm，但是沒有用ULP。
　　問：你們是超低功耗的，能跟競爭對(duì)手比一比嗎？
　　答：相比Dialog上一代產(chǎn)品，這一代產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)是具有動(dòng)態(tài)的電壓和頻率的調(diào)節(jié)，按照處理器運(yùn)行的頻率去選擇電壓。另外在系統(tǒng)閑置或睡眠模式時(shí)用電更低，這樣有助于根據(jù)應(yīng)用的頻率或模式來優(yōu)化功耗，例如在是1.2 V供電電壓，32 MHz的時(shí)候是0.9 V，閑置的時(shí)候電壓更低，這些特性是由ULP來實(shí)現(xiàn)的。
　　問：該芯片沒有內(nèi)置Flash原因是什么？
　　答：在先進(jìn)的處理節(jié)點(diǎn)上面要加內(nèi)置閃存會(huì)非常貴，我們放在外部擴(kuò)展閃存可以提供靈活度，可以選擇閃存的大小。有些應(yīng)用需要0.5 MB、1 MB、2 MB或4MB閃存等，下一代產(chǎn)品可能需要更大的閃存，所以外接閃存可以提供很多選擇的靈活性，而且外接閃存在成本上也很有優(yōu)勢(shì)。問：但是有些客戶覺得這樣不太安全？
　　答：我們這個(gè)產(chǎn)品的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，就是確保了閃存接口的安全性，我們采用了On-the-Fly動(dòng)態(tài)解密，可以將加密的鏡像存儲(chǔ)在閃存中，即使有人嘗試讀取閃存，閃存也是加密了的。我們的做法是，在讀取閃存的時(shí)候進(jìn)行動(dòng)態(tài)解密，并執(zhí)行解密后的代碼，并且在同一周期中沒有延遲。
　　問： ARM Cortex M33好像不支持防止物理攻擊，對(duì)這樣安全的隱患怎么解決？
　　答：確實(shí)產(chǎn)品可能會(huì)遭到不同層面的攻擊，有的是物理攻擊，有的不是物理層面的攻擊。為了阻止物理層面的攻擊，我們將安全密鑰保存在獨(dú)立一次性可編程（OTP）block中，即使有人發(fā)起物理攻擊，嘗試從串行電路板或處理器去訪問密鑰，密鑰是被屏蔽保護(hù)的，加密內(nèi)核與串行電路和處理器是完全隔離的。這個(gè)安全性能可以允許一些應(yīng)用無需添加外部安全元件。但是像銀行級(jí)應(yīng)用還會(huì)再多加一層外部的安全元素，以實(shí)現(xiàn)更高級(jí)的安全特性，避免更復(fù)雜的物理攻擊，比如芯片去層。

    （注：本文來源于科技期刊《電子產(chǎn)品世界》2019年第4期第17頁，歡迎您寫論文時(shí)引用，并注明出處。）