Broadcom WICED Sense Kit使用评测

1 使用体验

WICED Sense Kit是Boradcom（博通）公司采用其最新的Bluetooth Smart（又称为Bluetooth Low Energy，简称BLE）技术的新一代创意性开发套件，基于WICED Smart模块（BCM20737S），并在套件中集成了多种传感器，可以作为通用的传感器标签（Sensor Tag）使用，也可以作为开发平台，让开发人员可以在其基础上开发更多的创意性功能。

1.1. 上手使用

WICED Sense Kit包含如下部件：

l WICED Sense

l USB A-MicroB数据线

l 快速启动指南（Quick Start Guide）
 

图 11  WICED Sense Kit包含的部件

1.2. 使用智能手机与WICED Sense通讯

按照《Quick Start Guide》，下载app安装后，进入App界面，点击扫描按钮，可以扫描到WICED Sense Kit。
 

图 12  WICED Sense Kit的App界面

App从WICED Sense Kit中获取传感器数据，并进行相应的显示。可以看到有陀螺仪，电子罗盘、加速度（采用水平尺界面显示）、温度、压力和湿度数据。同时可以查看设备的版本信息等。

1.3. 使用BLE Scanner测试WICED Sense Kit

为了进一步探究WICED Sense Kit，手机安装BLE Scanner进行测试，如下图：
 

图 13  BLE Scanner测试WICED Sense Kit

从左边可以看出WICED Sense Kit的Service，点击每一个Service，可以列举出该Service下具有的Characteristic，点击每一个Characteristic，可以Read、Write、Notification等操作，右边是Device Name和Battery Level的值。

1.4. 使用BLE设备监听器测试WICED Sense Kit

为了从BLE技术层面深入挖掘WICED Sense Kit的内部，采用T公司的BLE设备监听器软件及其对应的BLE USB-Dongle。截取的BLE GATT数据如下：
 

图 14  BLE设备监听器测试WICED Sense Kit的GATT数据表格

（注：以上图片及其图注为笔者自行理解或推测，未确切证实）

可见具备了常用的设备名称与外观、生产厂商与版本、电池电量等标准服务，也提供了传感器数据、固件升级的服务。

1.5. 使用体验评价

WICED Sense Kit集成的众多传感器、利用BLE无线跟手机通讯、App精美的显示，的确让用户（主要是开发者）感受到WICED Smart芯片技术的强大。开发者可以在此基础上，实现各种不同的创意。

不知是否因为其他操作上的原因，在使用过程中，WICED Sense Kit 有时会出现休眠和App 断开连接的情况。在借助BLE Scanner 或者BLE 设备监听器做测试时，也出现了连接断开和Characteristic 读取验证错误等情况。作为开发者的参考设计和技术产品开发的第一个试用体验，如果能够解决这一问题，相信用户体验会得到极大提升，也会点燃用户的使用热情和积极性。

同时，作为面向主要用户是开发者的开发平台，Kit只有一个设备，BLE点对点通讯的另一端，必须是智能手机来进行测试，让用户（主要是开发者）感到一定的不方便，何况要开发BLE，要对很多BLE协议内部参数进行配置，比如connection interval/slave latency，智能手机等都不提供这些底层功能的。建议在Kit里面加入一个USB-Dongle，并提供对应的软件，以便进一步详细的测试WICED Smart的BLE开发（比如LL连接参数设定、Pair/Bond、HCI命令发送等）。

2 软硬件资源

WICED Sense Kit采用的是BCM20737S模块，也就是集成了BLE芯片（BCM20737）、晶振、阻抗匹配网络馈线、天线的一个模块。这样硬件设计大大简化，特别是无线射频系统中最难的天线及其阻抗匹配网络部分，完全不用硬件工程师伤神费脑去做测试。同时WICED Sense Kit集成了众多传感器。开发者可直接使用该Kit进行开发评估。

Broadcom公司的物联网系列芯片统称为WICED （Wireless Internet Connectivity for Embedded Devices），其BLE物联网芯片则成为WICED Smart，取WICED和Bluetooth Smart的合成。

WICED Smart芯片提供了较多的硬件资源，同时博通提供SDK给注册开发真论坛用户下载。可以较快速的完成软硬件开发。

2.1. WICED Sense Kit的传感器

WICED Sense Kit采用的是5个意法半导体（STMicroelectronics）公司的传感器，在《Quick Start Guide》中给出了说明和文档连接，包括如下：

ST Microelectronics Devices used in the WICED Smart Kit，

(http://www.st.com/web/en/catalog/sense_power/...):

l Gyroscope (L3GD20) – ...FM89/SC1288/PF252443

l Accelerometer (LIS3DSH) – ...FM89/FM89/SC444/PF252716

l eCompass (LSM303D) – ...FM89/SC1449/PF253884

l Pressure sensor (LPS25H) – ...FM89/SC1316/PF255230

l Humidity Temperature sensor (HTS221) – ...FM89/SC1718/PF260067

这些传感器都采用I2C接口，接到BCM20737S的I2C总线上。
 

图 21  WICED Sense Kit的传感器

WICED Sense Kit出厂的固件将Sensor数据采用Notification的形式发送到手机。通过前文中的“BLE设备监听器测试WICED Sense Kit的GATT数据表格”中的“传感器数据”Characteristic的Notification发送。数据格式如下：
 

图 21  WICED Sense Kit的传感器数据格式

2.2. BLE芯片硬件资源

BCM20737芯片架构如下图：
 

图 22  BCM20737芯片架构图

从上图中可以看到，该芯片由一个ARM Cortex-M3作为内核，内部集成了众多的数字、模拟、串行通讯、电源等外设，以及最重要的BLE无线射频基带。简要功能介绍如下：

2.2.1 MCU和存储

ARM Cortex-M3内核，主频最高可达24MHz，集成JTAG和ICE-RT调试接口。并集成了ROM：320KB和60KB的RAM。

其中ROM包括了启动代码（Boot ROM）、，其中Boot ROM在启动时，可以根据外部EEPROM或者外部Flash配置成不同的HID应用。同时ROM也包括了BLE协议栈的底层。

外部EEPROM通过芯片的BSC接口（与I2C兼容，只是不支持多个I2C主机功能），外部Flash通过芯片的SPI接口。这两种外部存储提供用户应用配置信息、应用代码、配对等信息。

2.2.2 数字外设

（1）GPIO

提供14个GPIO接口，具备可编程的上拉和下拉电阻，并且11个GPI驱动能力为2mA而P26、P27、P28这三个GPIO驱动能力高达16mA！

（2）PWM

提供4个PWM通道，每一个通道有初始值寄存器、触发值寄存器和PWM计数寄存器。同时4个PWM公用一个配置寄存器来配置PWM的时钟、相位等。

（3）红外发送与红外接收/学习

BCM20737具备硬件支持红外发送与红外接收/学习功能。可发送或接收调制前的原始信号或调制后的载波信号。同时可以对接收到的红外信号（10kHz~500kHz，注：常用的红外遥控信号为38kHz）进行检测学习。同时固件甚至可以解码红外信号。

2.2.3 模拟外设

（1）ADC

具备9个输入通道的16bit-ADC（实际有效位为10），最大转换率为187kHz。

（2）Clock

具备24MHz的晶振接口，提供给RF、CPU、通讯接口等的时钟。

具备3kHz的晶振接口，提供RTC、低功耗休眠的时钟。但是需要外部10MΩ的反馈电阻。

具备内部集成的低功耗RC振荡器时钟，用于片内集成外设，每个外设可单独开启或关闭各自的时钟。

（3）电源

具备内部集成的LDO，将外部1.425~3.63V的电源输入转成内部的1.2V电压，可提供最大30mA的负载，需要外部1.2V引脚连接对地的解耦电容。同时支持直接从1.2V引脚电源输入。

内部集成电源管理功能，可动态开启、关闭RF电源。具备多种低功耗模式。

具备上电复位POR。

2.2.4 串行通讯外设

SoC除了芯片本身提供众多功能之外，最重要的就是通过通讯接口与外部的芯片、传感器等进行通讯，因此BCM20737提供了众多的串行通讯接口

（1）BSC接口

1个BSC接口为博通自行开发的兼容I2C标准（不支持多主机功能）的接口。可通过BSC读取外部EEPROM、I2C传感器等通讯。支持100kHz、400kHz、800kHz和1000kHz等不同的通讯速率。

（2）SPI接口

BCM20737提供2个SPI接口，一个只能作为master，而另一个可配置为master或者slave，每个接口支持最高12MHz的通讯频率。并具备16字节的接收缓存和16字节的发送缓存。

（3）UART接口

1个UART接口，支持9600-1,5kbps等常见的各种波特率。并可以使用UART HCI命令来选择波特率。

2.2.5 无线射频基带

BCM20737的无线射频基带，支持BLE规范要求的时序要求。具备调频生成器、E0加密、LL、自适应调频等功能。同时通过一个直接测试（Direct Test）UART接口，可以直接控制基带。

2.3. 软件开发资源2.3.1 WICED Smart SDK

WICED SDK在Broadcom开发者论坛（需企业或学校邮箱注册，公共大众邮箱不行）下载，包括BLE协议栈、芯片内部驱动、应用范例Demo、开发文档、编译器等都在SDK里面。以下为SDK的目录结构。
 

图 23  WICED Smart SDK目录结构

2.3.2 WICED Smart IDE

WICED Smart IDE为基于Eclipse的集成开发环境。具备工程项目管理、代码编辑、编译、调试等功能。同时提供WICED Smart Designer等插件，帮助开发WICED Smart App。

3 WICED Smart SDK/IDE开发初体验3.1. 可视化GATT数据库创建

使用WICED Smart IDE的WICED Smart Designer，开发者可以采用图形化界面设置BLE的GATT数据库，如下图，可自定义插入Service、Characteristic、以及设置Characteristic的Permission、Description、Configuration等信息。非常直观方便快捷。简化了开发者的工作量。
 

图 31  WICED Smart Designer构建GATT数据库

最终点击Generate Code后，生成了对应的GATT数据库初始化代码。如下图，可见可视化配置的GATT数据库中的各个Service、Characteristic都自动生成对应的代码，放在gatt_database数组里面。
 

图 32  WICED Smart Designer生成的GATT数据库初始化代码

4 结论

通过对WICED Sense Kit的使用、体验，开发资料的收集、阅读，开发环境的安装、试用。结合平常开发的一些理解和经验，笔者总结WICED Smart系列产品如下特点：

（1）BLE规范全支持，提供多种GATT-Profile的支持以及API，可与市面上的BLE智能手机通讯。提供手机监测、控制等H2M（Human To Machine人对机）应用，比如移动健康监测、运动数据管理、手机遥控、防丢提醒等BLE针对的大众市场。

（2）BLE低功耗，可单电池运行更长时间。特别是支持1.2V低电压输入，可采用单节AAA电池或纽扣电池，有效提高产品竞争力。

（3）单芯片提供了MCU、RF、多种数字、模拟、通讯、电源管理接口，并且在ROM中提供协议，开发BLE的BOM成本低。特别是借助BCM2073xS的模块，硬件设计的RF部分都已经不需要考虑，大大降低了BLE开发难度。

目前BLE芯片市场竞争者较多，比较流行的有T公司、N公司、C公司（已被Q公司收购）、S公司等，以及更多的BLE市场竞争者。对比上述竞争者产品，求同存异对比之后，Broadcom的WICED Smart系列产品所独特的片内资源、SDK和IDE、电源特性等，也具备自己独特的竞争优势。