地表最强无线MCU诞生！Dialog究竟是怎么做到的？
或许是偶然与时运的巧妙结合，BLE(Bluetooth Low Energy)技术的发展在过去多年里成功为我们解决了一系列低功耗、无屏幕设备与智能手机端的连接与交互等问题。时至今日，随着蓝牙技术在各行各业的应用普及，BLE技术也逐渐从幕后转向台前，在各类应用场景中发挥着更强、更广、更大的作用。
这也使得BLE芯片从原来仅负责完成BLE功能，逐步发展为如今的向多核MCU内部进行集成的趋势，这为越来越多的MCU以及单片机厂商贡献了更多的市场机遇。作为全球连接技术领域多年以来的创新主导者和市场引领者，Dialog公司近年来在BLE市场也斩获颇丰，据记者获悉，公司目前对外公布的蓝牙低功耗SoC出货量已达到2.5亿套，年增长达到50%，并在全球市场份额占据第二名的高位。而今，为进一步巩固Dialog在全球BLE领域的市场地位，为客户提供更先进的蓝牙低功耗技术，Dialog于2月25日在北京正式举办了产品发布会，一并发布了DA1469X系列的四款产品，分别为DA14691、DA14695、DA14697和DA14699。
从2017到2021：IoT与汽车是BLE技术应用主场
众所周知，蓝牙低功耗技术专注于一些不同的拓扑，其中包括点对点，一对多和mesh结构，主要针对低功耗和低数据传输率应用。据Gartner 2018年的市场报告显示，2017到2021年间，IoT(包括联网消费类应用、联网医疗设备、智能家居家电)以及汽车市场BLE应用的CAGR(年复合增长率)达到17%的水平，市场增长潜力巨大。
Dialog半导体公司低功耗连接业务部总监Mark de clercq
蓝牙低功耗产品领域，Dialog公司的产品组合也非常广泛，Dialog半导体公司低功耗连接业务部总监Mark de clercq告诉记者：“Dialog的产品不仅支持最新的蓝牙5.1标准，同时也能够支持通过蓝牙低功耗技术来传输高保真的(Hi-Fi)音频。我们的产品组合不仅包括针对简单应用的小型前端低功耗产品，也提供针对高端产品的集成度更高且更高端的产品系列。”
Dialog公司BLE产品路线图
从Dialog公司的产品路线图(如上)中可以看出，在2018年以前也就是BLE4.2的阶段，公司就已经拥有了分属于DA146xx和DA145xx系列的14680/1和14580/3两款支线产品;2018年，也就是BLE5.0时代，DA14680/1的基础上发展出了DA14682/3，而DA14580/3的基础上则发展出了DA14584/6;而今，在BLE5.1的赋能下，Dialog的全新多核系列DA1469x也得以正式发布，成为目前全球范围内最强大且最先进的无线MCU系列产品!
从架构层剖析DA1469x 何以成全球最先进的无线MCU?
如今，消费者对联网设备的需求正随着每个新产品的周期不断提高。而对于芯片厂商来说，为此不仅要及时跟上节奏，而且需要尽可能的预测到下一步市场的需求方向，并提早做好技术布局，Dialog半导体公司高级副总裁兼连接技术业务部总经理Sean McGrath表示：“我们的SmartBond无线微控制器在市场上不仅可以满足当今用户的需求，还能预测市场的发展方向，并为我们的客户在其下一个产品周期提供发展机会。与之前的产品相比，DA1469x系列的处理能力提高了一倍，可用资源增加了四倍，电池续航能力增加了一倍，成为迄今为止我们开发的最先进，功能最丰富的蓝牙产品之一。”
更具体来讲，从芯片架构层面看，Dialog的设计在很多地方无疑都是独具匠心。Mark de clercq表示：“当看IoT产品基础的时候，我们发现客户在IoT相关产品上面主要寻求三项功能，分别是传感，处理和通信。为此我们选择了三颗处理器，每颗处理器能够分别以最优的方式来实现其相应的功能。”
比如传感方面，Mark进一步解释到：“我们选择了可编程的DSP来处理传感器之间的数据通信。而对于计算密集型的应用，我们选择了Arm Cortex M33应用处理器，它具备DSP扩展，浮点单元等，通过复杂的应用和算法处理应用。在通信方面，我们有软件可编程协议引擎，它是基于Arm Cortex M0+，并支持蓝牙5.1标准及专有协议。”
亮点1：集成Arm Cortex M33应用处理器
从M33的结构上来看，里面包括了浮点单元、内存保护单元以及DSP扩展。由图中可见，与之前的M4和M3相比，M33是Arm M系列里面最新的产品，具备更强的处理能力和更优的性能。
Mark告诉记者：“Arm Cortex M33的计算是在内存里执行，而且是内存可扩展的。这意味着客户如果想要更多内存的话，可以选择扩展。”而且，DA1469x是全球首款量产的基于Arm Cortex M33的无线微控制器，M33的特性和能力在该产品中能够得到充分的体现与发挥。
亮点2：高安全性
在IoT领域，安全性一直都是一个热点话题。在安全方面，芯片端首先就是要确保IP的安全，很重要的是外部数据要能够得到验证，以及安全的booting等。
Mark表示：“我们通过在QSPI闪存控制器当中增加安全选项，可以执行来自外部闪存的验证并加密的镜像。为了防止不想要的密钥访问，我们也有专用的分开的OTP安全密钥存储。密钥管理是在硬件中进行，同时还可以阻止从处理器或外部端口进行访问。所有安全功能都是在硬件中加速的，实现AES、哈希函数、真随机数生成器。这些功能是专用于处理器的，独立实现端到端的蓝牙数据加密，用蓝牙处理器自有的加密引擎来加密数据链路，这些功能是专属于处理器的。”
另外，对于物理层面的安全攻击，DA1469x也能够很好的做出应对，Mark表示："我们将安全密钥保存在独立一次性可编程(OTP)Block中，即使有人发起物理攻击，尝试从串行电路板或处理器去访问密钥，密钥是被屏蔽保护的，加密内核与串行电路和处理器是完全隔离的。这个安全性能可以允许一些应用无需添加外部安全元件，但是像银行级应用还会再多加一层外部的安全元素，实现更高级的安全特性，避免更复杂的物理攻击，比如芯片去层。"
亮点3：独一无二的电源与功率管理
无论从电源管理还是功率管理方面看，DA1469x都是独一无二。记者获悉，DA1469x芯片是原生支持可充电电池，包括锂聚合物电池，锂离子电池，纽扣电池以及镍氢电池和碱性电池等，所有的内部电源管理都在芯片内部完成。
当然，对于一些复杂的系统而言，一些外部元件也是需要供电的，Mark表示："所以我们通过DC/DC降压转换器，实现给外部器件进行供电。外部器件无论是外部传感器，显示器或是其他芯片，通过我们的芯片可以进行电源的供电和控制。对于可充电电池，我们也在一些型号上实现了硬件USB充电器，无论是锂离子还是锂聚合物电池，意味着都不需要外部充电器了。"
功率管理方面，这款芯片也十分优秀，Mark进一步解释道："芯片内部我们有七个独立的电源域，独立的电源域可以在你需要的时候才提供电，比如说在你要用蓝牙的时候，只有蓝牙相关的电源域才会供电。而当你需要传感器的时候，只有传感器节点控制器会供电。根据每项不同的功能，可以保证用电量是最低的。"
客户为什么会选择Da1469x系列?
需要强调的是，DA1469x是一个产品系列，而不仅仅只是一个产品。其中一些型号有针对通用MCU领域的，比如14691和14695;也有针对特定应用的，包括14697和14699。
该产品系列是真正的单芯片系统解决方案，Mark表示，“因为它是高度集成的，所以使终端应用开发变得非常简单。而且，它能够帮助客户减少系统成本和占板空间，同时因为元件数量少了，使得生产的可靠性也得到了提高。如果详细看节省的PCB占板空间和成本，DA1469x基本上可以节省超过1美元的成本，以及30到40平方毫米的占板空间。有些应用的空间受限比较严重，那么30到40平方毫米的占板空间的节省是非常可观的数量。”
当然，这款全球最先进的无线MCU的优势不止于此，除了上述以外，该产品还支持最新发布的蓝牙5.1标准，典型的应用比如5.1标准特性中的利用到达角度(AOA)和离开角度(AOD)进行寻向定位的重磅功能，像室内定位、物品追踪、门禁、以及无钥开锁等应用都将受益于这种新的5.1标准特性，创造出巨大的市场价值。
蓝牙5.1新的能力：多天线测向技术
在过去的应用中，一般来说只有通过三角定位才能够估算方向、只有一个设备只能知道距离而无法知道方向。但现在，只有一台设备也可以通过天线阵列来测定方向了。据蓝牙5.1新规范中的描述，蓝牙测向功能支持两种确定方向的方法，两者都基于天线阵列的到达角(AoA)和出发角(AoD)。
AoA和AoD测向原理图
AoA角度测量
该测量技术用在例如“蓝牙定位标签”的方式中，会使用单天线发射机(标签)传输特殊的测向信号。蓝牙接收设备(蓝牙基站)具有以阵列排列的多个天线。当传输的信号穿过阵列时，由于与天线中的每个天线的距离不同，每个天线接收的信号存在相位差。基于相位差和天线的位置，可以计算出蓝牙标签的方向，再结合信号强度即可得出蓝牙标签所在的位置。
AoD角度测量
用在"手机接收ibeacon信号"的方式中，蓝牙信标使用多个天线发送多组特殊信号，手机就是普通手机，只需要具有单个天线。当来自蓝牙信标的多个信号穿过接收设备中的天线时，手机收到多个不同的信号，根据不同的信号来计算相对方向。
为了给现场媒体更直观的展现DA1469X基于AoA和AoD的寻向定位功能，Dialog还专程带来了实际的Demo演示。从演示中可以很直观的看出，DA1469X的寻向定位真的是非常精准。
针对蓝牙5.1的应用，到达角和发射角的阵列天线设计是比较独特的，Mark表示："我们提供非常清晰的应用笔记，以及天线的参考设计，使得客户可以模仿这些设计，确保设计出来的性能是最优的。在今天的演示当中也有配套的RF天线，我们也会公布该RF天线设计。"
当然，为了更进一步支持蓝牙5.1的技术应用，Dialog还跟合作伙伴开发了一个模块。”这个来自AzureWave的DA14691模块特别适合没有太多RF技术经验但想用我们无线多核微控制器系列产品的客户。这个模块是完全经过认证的，客户可以直接使用这个模块，不需要再进行额外的认证。这个模块现在正在开发中，计划在今年第二季度开始量产。”Mark告诉记者。
至于本次发布的几款产品，Dialog公司也表示这几个型号的产品现在都已经开始量产供货了。样品和开发套件，也已经可以通过全球经销商伙伴获得。所有的软件工具，目前也都可以从官网上获得。欲购从速，您还等什么呢?
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