安全的BLE微控制器滿足工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)需求

隨著工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（Industry Internet of Things, IIoT）的快速發(fā)展，在工業(yè)應(yīng)用環(huán)境中需要采用越來越多的傳感器來檢測設(shè)備的運(yùn)作狀況，這些傳感器可以采用兼具安全性與低功耗的新型藍(lán)牙低功耗（Bluetooth? Low Energy, BLE）微控制器（MCU），來提升傳感器的聯(lián)網(wǎng)能力與運(yùn)作效率。本文將為您介紹安森美（onsemi）所推出的BLE微控制器，以了解其功能特性與應(yīng)用領(lǐng)域。

兼具低功耗與安全性的無線連接技術(shù)

從用于聯(lián)系追蹤的信標(biāo)到可追蹤的資產(chǎn)標(biāo)簽，全球有數(shù)百萬臺(tái)聯(lián)網(wǎng)設(shè)備使用小型電池來運(yùn)行，對于設(shè)備的功耗要求特別高，需要采用低功耗的BLE無線連接技術(shù)，來提升設(shè)備的運(yùn)行效率。BLE是藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟設(shè)計(jì)和推廣的一種個(gè)人局域網(wǎng)技術(shù)，相較于經(jīng)典藍(lán)牙，BLE旨在保持同等通信范圍的同時(shí)顯著降低功耗和成本。

BLE技術(shù)采用與經(jīng)典藍(lán)牙技術(shù)相同的工作頻率（2.400GHz-2.4835GHz，ISM頻帶），但使用另一組通道，不同于經(jīng)典藍(lán)牙的79 1-MHz通道，BLE使用40 2-MHz通道，在一個(gè)通道內(nèi)，數(shù)據(jù)使用高斯頻移調(diào)制傳輸，類似經(jīng)典藍(lán)牙的基本速率方案，比特率為1Mbit/s，最大發(fā)射功率為10mW。

在IIoT應(yīng)用中，防御網(wǎng)絡(luò)威脅的能力是制造商選擇無線MCU時(shí)的重要考慮，先進(jìn)的系統(tǒng)級安全功能，能夠提供完善的設(shè)備安全性，避免設(shè)備遭到黑客入侵，影響到企業(yè)的信息安全，并減少系統(tǒng)停機(jī)的機(jī)率，必須在硬件、應(yīng)用和軟件級別提供安全保證。

領(lǐng)先業(yè)界的新型安全BLE無線MCU

在智能電源和傳感技術(shù)擁有領(lǐng)先地位的安森美，推出了新型的安全RSL15無線MCU，可提供業(yè)界最低的功耗，支持BLE無線連接能力，可在不犧牲功耗的情況下，滿足工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用日益增長的安全需求。

為了驗(yàn)證能效，RSL15獲得了嵌入式微處理器基準(zhǔn)聯(lián)盟（EEMBC）的認(rèn)證，該組織的ULPMark?-CoreMark基準(zhǔn)程序，可測量嵌入式系統(tǒng)中使用的MCU在活動(dòng)時(shí)的能效。RSL15以60.5的“性能”分?jǐn)?shù)領(lǐng)先于同類產(chǎn)品，在計(jì)算MCU深度睡眠效率的ULPMark-CoreProfile基準(zhǔn)測試中，安森美也分別以RSL10和RSL15保持在前兩名。通過獲得認(rèn)證的能效表現(xiàn)，RSL15將幫助工業(yè)應(yīng)用與許多其他應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)超越預(yù)期的更長電池壽命。

在保持其最先進(jìn)的功耗的同時(shí)，RSL15采用Arm? TrustZone?技術(shù)設(shè)計(jì)，以建立設(shè)備信任根，以及采用Arm CryptoCell?-312技術(shù)以保護(hù)代碼和數(shù)據(jù)的真實(shí)性、完整性和機(jī)密性。這種經(jīng)過PSA 1級認(rèn)證的設(shè)計(jì)是藍(lán)牙協(xié)議的一部分，可增強(qiáng)設(shè)備的安全性，并在應(yīng)用和軟件級別提供保證。RSL15憑借其先進(jìn)的系統(tǒng)級安全功能和一流的能效，能夠提供OEM和消費(fèi)者可以信賴的全面無線解決方案。

專為工業(yè)智能設(shè)備應(yīng)用設(shè)計(jì)的高性能MCU

安森美推出的RSL15是一款基于Arm? Cortex?-M33處理器的超低功耗安全BLE 5.2無線MCU，專為工業(yè)和醫(yī)療應(yīng)用中的連接智能設(shè)備而設(shè)計(jì)。安森美為RSL15提供全面且易于使用的軟件開發(fā)套件（SDK），并提供了示例應(yīng)用程序，這些應(yīng)用程序演示了使用網(wǎng)絡(luò)安全平臺(tái)啟用安全性的硬件功能，并在Smart Sense模式下可獲取傳感器數(shù)據(jù)、配置內(nèi)置電源管理，以及利用BLE技術(shù)的特性。

RSL15內(nèi)置的Arm Cortex-M33是32位處理器，專為需要高性能、電源效率和安全性的物聯(lián)網(wǎng)和深度嵌入式應(yīng)用而設(shè)計(jì)。該處理器具有許多功能來執(zhí)行高性能應(yīng)用，例如浮點(diǎn)單元（FPU）、DSP擴(kuò)展和內(nèi)存保護(hù)單元（MPU）。

RSL15的Cortex-M33處理器支持TrustZone Armv8-M安全擴(kuò)展，構(gòu)成了安全平臺(tái)的基礎(chǔ)，Arm CryptoCell-312允許使用帶有信任根的安全啟動(dòng)、安全生命周期管理、安全密鑰管理，以及使用對稱或非對稱加密的應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)加密來實(shí)現(xiàn)端到端產(chǎn)品安全。Arm TrustZone可實(shí)現(xiàn)安全的軟件訪問控制，以及多種加密服務(wù)，例如SHA1、SHA256、密鑰散列消息驗(yàn)證碼（HMAC）和真隨機(jī)數(shù)生成器（TRNG），并允許開發(fā)定制的專有安全解決方案。

RSL15射頻子系統(tǒng)的射頻架構(gòu)是基于2.4 GHz射頻前端，可實(shí)現(xiàn)BLE 5.2標(biāo)準(zhǔn)的物理層以及其他專有或自定義協(xié)議。RSL15的射頻操作通過藍(lán)牙5.2認(rèn)證的基帶和協(xié)議棧，具有2 Mbps射頻鏈路、到達(dá)角（AoA）、離開角（AoD）和編碼PHY（“遠(yuǎn)程”）等功能，硬件支持自定義協(xié)議的實(shí)施，以及增強(qiáng)定位能力的RSSI。

RSL15具有降壓和LDO模式的內(nèi)置DC-DC轉(zhuǎn)換器，僅需要很少的外部無源組件，可實(shí)現(xiàn)寬電壓供應(yīng)范圍，可以直接使用1.2 V至3.6 V范圍內(nèi)的任何電壓，無需外部電源轉(zhuǎn)換，從而可以簡單地使用常見的鈕扣電池，例如3 V鈕扣電池和1.5 V氧化銀電池。

RSL15具有多種的電源模式，可用于降低功耗，同時(shí)仍保持系統(tǒng)響應(yīng)能力。每種模式都可以通過RAM保留和喚醒源進(jìn)行配置。Smart Sense模式允許一些數(shù)字和模擬外設(shè)保持活動(dòng)狀態(tài)，以非常低的系統(tǒng)級功耗監(jiān)控和獲取來自外部傳感器的數(shù)據(jù)。

提供完整的外設(shè)配置與系統(tǒng)架構(gòu)

RSL15上有兩個(gè)晶體振蕩器和兩個(gè)內(nèi)部RC振蕩器，可提供多種時(shí)鐘配置。主振蕩器基于48 MHz晶體，這對于任何連接的射頻操作都是必需的。輔助振蕩器基于32 kHz晶振，即使在低功耗模式下也可用于精確計(jì)時(shí)。當(dāng)不需要精確時(shí)序時(shí)，可以使用內(nèi)部快速RC振蕩器代替48 MHz晶體振蕩器，進(jìn)行一般的非射頻處理。同樣，對于某些用例，可以使用內(nèi)部32 kHz RC振蕩器代替32 kHz晶體振蕩器。此外，48 MHz和32 kHz外部時(shí)鐘可以從外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)到RSL15。

此外，RSL15有兩個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC），一個(gè)高速12位SAR ADC用于快速轉(zhuǎn)換高達(dá)2 Msps的模擬輸入，而低速ADC用于達(dá)到50 ksps的慢速轉(zhuǎn)換，還有一個(gè)集成溫度傳感器，可由低速ADC讀取。

RSL15還擁有靈活的I/O接口，通用I/O可以映像到GPIO、SPI、QSPI、I2C、UART、PWM、PCM、脈沖計(jì)數(shù)器、時(shí)鐘輸入／輸出和模擬功能。RSL15還內(nèi)建模擬比較器，以及用于為外部組件生成偏置電壓的DAC，以及電流源輸出。

RSL15的內(nèi)存架構(gòu)以Arm Cortex-M33為中心，閃存包含應(yīng)用程序代碼以及協(xié)議棧。RSL15內(nèi)置80 kB RAM，并提供284 kB或512 kB的閃存選項(xiàng)，其RAM架構(gòu)非常靈活，可以只為應(yīng)用所需的內(nèi)存量供電，實(shí)現(xiàn)為8乘以8 kB，共有64 kB用戶RAM可用，額外的16 kB可用于數(shù)字基帶硬件，DMA控制器可用于在外設(shè)／接口和存儲(chǔ)器之間輕松傳輸數(shù)據(jù)。

安森美也推出支持RSL15的軟件開發(fā)工具包，包含基于Eclipse的onsemi IDE安裝程序，以及支持其他行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的開發(fā)環(huán)境、藍(lán)牙協(xié)議棧、示例應(yīng)用程序、庫、RSL15固件包，和許多其他軟件組件和工具的支持，以實(shí)現(xiàn)快速應(yīng)用開發(fā)，安森美提供適用于iOS?和Android?的RSL15 Central和RSL FOTA移動(dòng)程序。

RSL15采用微型40引腳QFN封裝，并符合RoHS標(biāo)準(zhǔn)，可應(yīng)用于各種工業(yè)自動(dòng)化和傳感領(lǐng)域，包括互聯(lián)資產(chǎn)跟蹤、智能零售和物聯(lián)網(wǎng)邊緣節(jié)點(diǎn)，也可應(yīng)用于連接的醫(yī)療傳感器、可穿戴設(shè)備、電子標(biāo)簽和訪問控制、數(shù)據(jù)記錄器、智能家電、能量收集開關(guān)等產(chǎn)品。

結(jié)語

BLE技術(shù)可以滿足IIoT傳感應(yīng)用的低功耗與安全性需求，安森美推出的RSL15超低功耗安全BLE 5.2無線MCU，具有業(yè)界領(lǐng)先的能效表現(xiàn)與功能豐富的安全功能，將會(huì)是IIoT相關(guān)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的最佳器件選擇之一。