在本系列的前幾篇文章中，我們討論了、以及。藍牙Mesh的各項功能使其成為一種具有互操作性的安全低功耗網(wǎng)絡(luò)。 不可否認，這些特性使藍牙Mesh方案的實現(xiàn)略顯復雜。如果讓系統(tǒng)設(shè)計人員從頭處理所有這些復雜問題，那么推出一款產(chǎn)品需要耗費數(shù)百人年的工作量。除此之外，物聯(lián)網(wǎng)應用類型極為豐富多樣，針對每種應用需要不同的外設(shè)功能與CPU處理能力，例如，如果您在設(shè)計智能家居產(chǎn)品，有些可能采用電池供電，有些采用交流電源供電，有些需要處理模擬信號，有些需要強大的處理能力和大量數(shù)字外設(shè)接口。 對于系統(tǒng)開發(fā)來說，固件開發(fā)需要的時間最長，工作量最大。盡管工程師設(shè)計的系統(tǒng)各不相同，如果使用同一芯片，那么其中一些固件還是可以重復使用的。基于此，工程師為首款產(chǎn)品評估選擇器件/平臺時，往往非常謹慎和嚴格，以便后續(xù)產(chǎn)品能最大限度地重復使用IP和現(xiàn)有固件。 在本文中我們將討論，在為藍牙Mesh應用選擇芯片平臺時，必須考慮的幾個關(guān)鍵因素。 整體來說，藍牙Mesh應用開發(fā)和部署需要三個關(guān)鍵組成部分： ● 硬件 ● 軟件/固件 ● 移動設(shè)備APP 硬件 在選擇藍牙Mesh產(chǎn)品平臺時，首要的步驟是了解平臺器件的現(xiàn)在和未來，在選擇器件時應做長期考慮。舉個例子，圖1是智能家居系統(tǒng)的示例。 圖1 使用藍牙Mesh的智能家居系統(tǒng)示例 正如您所看到的，這個網(wǎng)絡(luò)中有各種設(shè)備，包括燈泡、風扇、溫控器和百葉窗控制器?，F(xiàn)實中的智能家居系統(tǒng)可以使用類型更豐富的藍牙Mesh產(chǎn)品，如開關(guān)、調(diào)光器、人體感應器、噴灌控制器等。如果您正在設(shè)計智能家居產(chǎn)品，您需要設(shè)計出符合所有這些用途的系統(tǒng)平臺。因此，即使您只是在開發(fā)智能開關(guān)應用，您仍然需要審視其他產(chǎn)品，為其他產(chǎn)品設(shè)計留有余量。 每種這樣的應用都有不同的設(shè)計要求，樓宇自動化等其他領(lǐng)域也存在相同的情況。所以，您的設(shè)計應采用一種能夠滿足大多數(shù)應用需求的平臺。此外，您應該能夠根據(jù)應用需求調(diào)整或裁剪原有固件，而不必從頭開始新的設(shè)計。 在選擇藍牙Mesh平臺芯片前，首先應該深入了解芯片的規(guī)格與特性。 01、發(fā)射功率與接收靈敏度 對于無線設(shè)備而言，最重要的指標之一是發(fā)射功率與接收靈敏度。發(fā)射功率與接收靈敏度決定了設(shè)備的鏈路預算，以及設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)中其他節(jié)點間的通信距離。雖然藍牙Mesh旨在拓展網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍，但發(fā)射功率與接收靈敏度決定了網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點間的通信距離。 正如我們前文提到的，不同的產(chǎn)品功能需求都不同，因此芯片的需求會隨著應用的變化而改變。此外，提供較高的發(fā)射功率也會增大電流消耗。對于電池供電的應用場景，可能需要限制發(fā)射功率，才能降低功耗、延長電池續(xù)航時間。例如，溫度和濕度傳感器、智能開關(guān)等應用通常采用電池供電，使用較低發(fā)射功率會更加理想。另一方面，交流電源供電應用能夠支持更高的發(fā)射功率，從而拓展網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍。因此，對于交流電源供電應用而言，能夠支持高達10dBm發(fā)射功率的器件是一個不錯的選擇。 具備Mesh功能的器件應該既要能夠支持電池供電應用所要求的較低發(fā)射功率，也要支持交流電源供電應用所要求的較高發(fā)射功率，能夠提供不同的發(fā)射功率選項的同系列芯片是明智的做法。這樣您只需對BOM進行修改，而無需對電路板布局進行任何更改，便于簡化新產(chǎn)品設(shè)計，加快產(chǎn)品上市進程。 芯片可以集成功率放大器（IPA）達到更遠的傳輸距離。但采用IPA會產(chǎn)生額外的成本。為了降低BOM成本，針對電池供電應用，可以采用pin to pin引腳兼容、但發(fā)射功率較低的低成本器件（如果有這種器件可供選擇）。例如，為滿足這一需求，賽普拉斯同時提供支持 4dBm發(fā)射功率的 CYW20819和支持最高達 10dBm發(fā)射功率的 CYW20820。兩者采用引腳兼容的封裝，并提供相同的功能集。 02、功耗2 無論是交流電源供電還是電池供電，任何產(chǎn)品必須仔細考慮功耗問題。為了提高產(chǎn)品的環(huán)保性，監(jiān)管機構(gòu)不斷施壓，要求降低功耗，甚至對交流電源供電設(shè)備也不例外。如果產(chǎn)品不符合規(guī)定的功耗要求，就可能無法出售。 在考慮設(shè)備功耗時，必須考量多種因素。首先是收發(fā)過程中產(chǎn)生的無線電功耗。大多數(shù)藍牙Mesh節(jié)點持續(xù)地掃描數(shù)據(jù)包。因此，這些設(shè)備幾乎全部時間處于接收模式下，接收器功耗成為最重要的考量參數(shù)之一。 對于用作中繼器、對收到的消息進行轉(zhuǎn)發(fā)的Mesh設(shè)備來說，發(fā)射功耗是另一大重要指標。我們必須在器件的最大發(fā)射功率下考量發(fā)射功耗，有些器件在較低的發(fā)射功率下性能更佳，但在較高的發(fā)射功率下則不然。 芯片廠商的產(chǎn)品會支持不同的低功耗模式，我們需要理解哪種模式是自己的應用所需要的，這樣才能根據(jù)器件處于常規(guī)工作模式和低功耗模式的時間，準確估算系統(tǒng)的平均功耗。 03、處理能力 一般來說，選擇處理能力強的器件是正確做法。例如，LED燈泡之類的應用可能需要根據(jù)用戶需求快速處理和改變LED狀態(tài)（開/關(guān)或改變顏色）。由于設(shè)備在低功耗模式下功耗最低，使用速度較快的CPU能迅速完成處理工作。這樣，設(shè)備處于休眠模式的時間就更長，從而降低總體平均功耗。 04、存儲 可根據(jù)特定的應用選擇閃存和RAM容量。找到能靈活使用存儲器空間的產(chǎn)品系列十分關(guān)鍵。Mesh設(shè)計方案應該能夠在使用不同存儲器空間的設(shè)備之間移植應用代碼，無需花費額外的精力，這樣便于為存儲器需求較低的應用選擇較低成本的器件。此外，部分器件使用ROM來存儲藍牙協(xié)議棧和外設(shè)驅(qū)動程序，這樣可以將閃存釋放給應用程序使用?？偲饋砜矗瑫r擁有內(nèi)部ROM和閃存的器件更加適合藍牙Mesh產(chǎn)品。 05、外設(shè) 正如前文所提及的，不同應用可能需要不同的外設(shè)。例如，智能燈泡可能需要三、四個脈沖寬度調(diào)制器（PWM）用于RGB/RGBW LED的控制，一個數(shù)模轉(zhuǎn)換器（ADC）用于溫度測量（使用熱敏電阻器），以及一個I2C接口用作無源紅外（PIR）傳感器控制器接口；自動調(diào)溫器需要ADC和電源管理模塊，以支持低功耗模式。在選擇平臺時，要針對所有應用列出可能的外設(shè)需求，以便找出最符合要求的器件。 06、芯片溫度范圍 因為LED和AC-DC子系統(tǒng)的高功率熱耗散，照明之類的應用需要支持寬溫度范圍（最高 105°C），因此，應選擇能夠為產(chǎn)品同時提供工業(yè)溫度級別和寬溫度范圍的芯片。 軟件/固件 軟件極其重要，必須認真考慮。這里的軟件不僅僅指IDE和工具鏈，也包括底層的軟件開發(fā)套件（SDK）。IDE必須易于使用，比如基于Eclipse的IDE。 需要特別關(guān)注SDK。藍牙Mesh有多種模式和節(jié)點類型。具體使用哪種模式和節(jié)點類型取決于具體應用。要使終端產(chǎn)品通過藍牙技術(shù)聯(lián)盟(Bluetooth Special Interest Group，SIG)的藍牙Mesh認證，底層的模式和節(jié)點類型也必須通過認證（一些器件廠商并未通過所有的藍牙Mesh模式認證和節(jié)點類型認證）。如果應用所需的模式未經(jīng)認證，終端產(chǎn)品開發(fā)者需要負責完成整個認證流程。這就要求開發(fā)者必須深入了解藍牙Mesh技術(shù)規(guī)范，并投入額外的資金與時間通過SIG認證流程。Mesh芯片廠商理應負責解決這一復雜問題，并提供完全通過藍牙Mesh認證的解決方案。因此，在為您的藍牙Mesh應用選擇芯片平臺前，應查閱藍牙SIG網(wǎng)站，了解準備選用的芯片通過了哪些Mesh模式認證和節(jié)點認證。 在確認器件支持所有Mesh模式和節(jié)點類型后，應盡量找出可用的參考示例代碼。示例代碼可讓您事半功倍。 移動設(shè)備App 物聯(lián)網(wǎng)的理念是萬物互聯(lián)，方便用戶操控?；旧纤形锫?lián)網(wǎng)應用都需要移動APP，基于藍牙Mesh的物聯(lián)網(wǎng)應用也有同樣的要求。無論是控制燈泡還是從氣象監(jiān)測站讀取溫度信息，用戶都需要使用自己的手機訪問并控制設(shè)備。為了便于實現(xiàn)這項功能，芯片廠商必須為他們的藍牙Mesh產(chǎn)品提供iOS和安卓版APP。 理想情況下，芯片廠商會提供這些APP的源代碼，方便用戶進行二次開發(fā)。如果芯片廠商不提供這類APP，您就需要從頭開發(fā)。每個應用的App開發(fā)成本可能高達20萬美元，還不包括用戶開發(fā)APP對產(chǎn)品上市時間的影響。? 在下一篇，也是本系列文章的最后一篇，我們將討論針對藍牙Mesh應用時應該使用芯片還是模組。此外，我們還將探討在選擇這兩種備選方案時的考慮因素。