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安全的BLE微控制器满足工业物联网需求

随着工业物联网(Industry Internet of Things, IIoT)的快速发展,在工业应用环境中需要采用越来越多的传感器来检测设备的运作状况,这些传感器可以采用兼具安全性与低功耗的新型蓝牙低功耗(Bluetooth® Low Energy, BLE)微控制器(MCU),来提升传感器的联网能力与运作效率。本文将为您介绍安森美(onsemi)所推出的BLE微控制器,以了解其功能特性与应用领域。

【导读】随着工业物联网(Industry Internet of Things, IIoT)的快速发展,在工业应用环境中需要采用越来越多的传感器来检测设备的运作状况,这些传感器可以采用兼具安全性与低功耗的新型蓝牙低功耗(Bluetooth® Low Energy, BLE)微控制器(MCU),来提升传感器的联网能力与运作效率。本文将为您介绍安森美(onsemi)所推出的BLE微控制器,以了解其功能特性与应用领域。


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兼具低功耗与安全性的无线连接技术


从用于联系追踪的信标到可追踪的资产标签,全球有数百万台联网设备使用小型电池来运行,对于设备的功耗要求特别高,需要采用低功耗的BLE无线连接技术,来提升设备的运行效率。BLE是蓝牙技术联盟设计和推广的一种个人局域网技术,相较于经典蓝牙,BLE旨在保持同等通信范围的同时显著降低功耗和成本。


BLE技术采用与经典蓝牙技术相同的工作频率(2.400GHz-2.4835GHz,ISM频带),但使用另一组通道,不同于经典蓝牙的79 1-MHz通道,BLE使用40 2-MHz通道,在一个通道内,数据使用高斯频移调制传输,类似经典蓝牙的基本速率方案,比特率为1Mbit/s,最大发射功率为10mW。


在IIoT应用中,防御网络威胁的能力是制造商选择无线MCU时的重要考虑,先进的系统级安全功能,能够提供完善的设备安全性,避免设备遭到黑客入侵,影响到企业的信息安全,并减少系统停机的机率,必须在硬件、应用和软件级别提供安全保证。


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领先业界的新型安全BLE无线MCU


在智能电源和传感技术拥有领先地位的安森美,推出了新型的安全RSL15无线MCU,可提供业界最低的功耗,支持BLE无线连接能力,可在不牺牲功耗的情况下,满足工业物联网应用日益增长的安全需求。


为了验证能效,RSL15获得了嵌入式微处理器基准联盟(EEMBC)的认证,该组织的ULPMark™-CoreMark基准程序,可测量嵌入式系统中使用的MCU在活动时的能效。RSL15以60.5的“性能”分数领先于同类产品,在计算MCU深度睡眠效率的ULPMark-CoreProfile基准测试中,安森美也分别以RSL10和RSL15保持在前两名。通过获得认证的能效表现,RSL15将帮助工业应用与许多其他应用,实现超越预期的更长电池寿命。


在保持其最先进的功耗的同时,RSL15采用Arm® TrustZone®技术设计,以建立设备信任根,以及采用Arm CryptoCell™-312技术以保护代码和数据的真实性、完整性和机密性。这种经过PSA 1级认证的设计是蓝牙协议的一部分,可增强设备的安全性,并在应用和软件级别提供保证。RSL15凭借其先进的系统级安全功能和一流的能效,能够提供OEM和消费者可以信赖的全面无线解决方案。


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专为工业智能设备应用设计的高性能MCU


安森美推出的RSL15是一款基于Arm® Cortex®-M33处理器的超低功耗安全BLE 5.2无线MCU,专为工业和医疗应用中的连接智能设备而设计。安森美为RSL15提供全面且易于使用的软件开发套件(SDK),并提供了示例应用程序,这些应用程序演示了使用网络安全平台启用安全性的硬件功能,并在Smart Sense模式下可获取传感器数据、配置内置电源管理,以及利用BLE技术的特性。


RSL15内置的Arm Cortex-M33是32位处理器,专为需要高性能、电源效率和安全性的物联网和深度嵌入式应用而设计。该处理器具有许多功能来执行高性能应用,例如浮点单元(FPU)、DSP扩展和内存保护单元(MPU)。


RSL15的Cortex-M33处理器支持TrustZone Armv8-M安全扩展,构成了安全平台的基础,Arm CryptoCell-312允许使用带有信任根的安全启动、安全生命周期管理、安全密钥管理,以及使用对称或非对称加密的应用程序和数据加密来实现端到端产品安全。Arm TrustZone可实现安全的软件访问控制,以及多种加密服务,例如SHA1、SHA256、密钥散列消息验证码(HMAC)和真随机数生成器(TRNG),并允许开发定制的专有安全解决方案。


RSL15射频子系统的射频架构是基于2.4 GHz射频前端,可实现BLE 5.2标准的物理层以及其他专有或自定义协议。RSL15的射频操作通过蓝牙5.2认证的基带和协议栈,具有2 Mbps射频链路、到达角(AoA)、离开角(AoD)和编码PHY(“远程”)等功能,硬件支持自定义协议的实施,以及增强定位能力的RSSI。


RSL15具有降压和LDO模式的内置DC-DC转换器,仅需要很少的外部无源组件,可实现宽电压供应范围,可以直接使用1.2 V至3.6 V范围内的任何电压,无需外部电源转换,从而可以简单地使用常见的钮扣电池,例如3 V钮扣电池和1.5 V氧化银电池。


RSL15具有多种的电源模式,可用于降低功耗,同时仍保持系统响应能力。每种模式都可以通过RAM保留和唤醒源进行配置。Smart Sense模式允许一些数字和模拟外设保持活动状态,以非常低的系统级功耗监控和获取来自外部传感器的数据。


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提供完整的外设配置与系统架构


RSL15上有两个晶体振荡器和两个内部RC振荡器,可提供多种时钟配置。主振荡器基于48 MHz晶体,这对于任何连接的射频操作都是必需的。辅助振荡器基于32 kHz晶振,即使在低功耗模式下也可用于精确计时。当不需要精确时序时,可以使用内部快速RC振荡器代替48 MHz晶体振荡器,进行一般的非射频处理。同样,对于某些用例,可以使用内部32 kHz RC振荡器代替32 kHz晶体振荡器。此外,48 MHz和32 kHz外部时钟可以从外部时钟源驱动到RSL15。


此外,RSL15有两个模数转换器(ADC),一个高速12位SAR ADC用于快速转换高达2 Msps的模拟输入,而低速ADC用于达到50 ksps的慢速转换,还有一个集成温度传感器,可由低速ADC读取。


RSL15还拥有灵活的I/O接口,通用I/O可以映像到GPIO、SPI、QSPI、I2C、UART、PWM、PCM、脉冲计数器、时钟输入/输出和模拟功能。RSL15还内建模拟比较器,以及用于为外部组件生成偏置电压的DAC,以及电流源输出。


RSL15的内存架构以Arm Cortex-M33为中心,闪存包含应用程序代码以及协议栈。RSL15内置80 kB RAM,并提供284 kB或512 kB的闪存选项,其RAM架构非常灵活,可以只为应用所需的内存量供电,实现为8乘以8 kB,共有64 kB用户RAM可用,额外的16 kB可用于数字基带硬件,DMA控制器可用于在外设/接口和存储器之间轻松传输数据。


安森美也推出支持RSL15的软件开发工具包,包含基于Eclipse的onsemi IDE安装程序,以及支持其他行业标准的开发环境、蓝牙协议栈、示例应用程序、库、RSL15固件包,和许多其他软件组件和工具的支持,以实现快速应用开发,安森美提供适用于iOS®和Android™的RSL15 Central和RSL FOTA移动程序。


RSL15采用微型40引脚QFN封装,并符合RoHS标准,可应用于各种工业自动化和传感领域,包括互联资产跟踪、智能零售和物联网边缘节点,也可应用于连接的医疗传感器、可穿戴设备、电子标签和访问控制、数据记录器、智能家电、能量收集开关等产品。


结语


BLE技术可以满足IIoT传感应用的低功耗与安全性需求,安森美推出的RSL15超低功耗安全BLE 5.2无线MCU,具有业界领先的能效表现与功能丰富的安全功能,将会是IIoT相关产品设计的最佳器件选择之一。




THE END
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