非暴力拆解：小熊派NB-IoT通信擴(kuò)展板

時(shí)間：2021-08-19 15:19:05

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[導(dǎo)讀]相信大家對(duì)小熊派的NB-IoT通信擴(kuò)展板已經(jīng)非常了解了，但你有真正的了解過其內(nèi)部構(gòu)造嗎？今天小編不聊技術(shù)，帶你做一回拆·機(jī)·客！拆解對(duì)象：BC35-G通信模組BC35-G模組是由移遠(yuǎn)發(fā)布的一款基于海思Hi2115（又稱：Boudica150）芯片的NB-IoT通信模組。BC35-...

相信大家對(duì)小熊派的NB-IoT通信擴(kuò)展板已經(jīng)非常了解了，但你有真正的了解過其內(nèi)部構(gòu)造嗎？今天小編不聊技術(shù)，帶你做一回拆·機(jī)·客！

拆解對(duì)象：BC35-G通信模組

BC35-G模組是由移遠(yuǎn)發(fā)布的一款基于海思Hi2115（又稱：Boudica150）芯片的NB-IoT通信模組。BC35-G的運(yùn)行方式支持以下兩種：NB-IoT MCU模式、OpenCPU模式。

NB-IoT MCU模式是我們常見的一種組合方式（小熊派IoT即是此種組合方式），用MCU作為主控，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集及控制，MCU向模組發(fā)送AT命令來實(shí)現(xiàn)設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)交互。OpenCPU是利用模組自身處理能力來完成MCU的工作，從而省去MCU。

讓我們脫掉它的“外衣”，看看它的內(nèi)部構(gòu)造

今天的主角就是那個(gè)最大的芯片：Hi2115，接下來小編就這款NB-IoT芯片進(jìn)行深度解析。

Hi2115是華為海思研發(fā)的第二款NB-IoT通信芯片（第一款是Hi2110），主頻48MHz，352KB Flash，64KB RAM，支持3GPP R14標(biāo)準(zhǔn)，在698-960 MHz和1695-2180 MHz的頻率范圍內(nèi)工作，系統(tǒng)帶寬為200 kHz。

接下來就由淺入深，透過這款芯片的外表來探究它最深處的“秘密”。

Hi2115芯片有三個(gè)處理器子系統(tǒng)，以分離不同的功能，方便認(rèn)證和簡化第三方應(yīng)用程序開發(fā)。

Hi2115芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖

Hi2115芯片的三個(gè)處理器子系統(tǒng)分別是:

1.應(yīng)用核處理器（Application）：應(yīng)用核心支持用戶在應(yīng)用程序上執(zhí)行第三方應(yīng)用代碼

2.安全核處理器（Security Core）：安全核心通過驗(yàn)證系統(tǒng)上運(yùn)行的代碼來維護(hù)Hi2115的安全性和完整性，也會(huì)生成隨機(jī)數(shù)并控制其他兩個(gè)核心的內(nèi)存訪問。

3.協(xié)議核處理器（Protocol Core）：協(xié)議核心充當(dāng)通信處理器，構(gòu)成實(shí)現(xiàn)通信協(xié)議棧所有層的基礎(chǔ)。它包括一個(gè)專用的ARM Cortex M0核和一個(gè)具有專用片上RAM的Dual-MAC DSP。有一個(gè)USIM接口允許與外部SIM操作，以及一個(gè)MIPI RFFE接口用于與外部射頻電路接口連接。

三個(gè)子處理器之間，通過內(nèi)存共享方式達(dá)成數(shù)據(jù)共享。每個(gè)核都獨(dú)立運(yùn)行，相互之間沒有干擾。應(yīng)用核可放心開放出所有用戶權(quán)限，以供用戶側(cè)APP開發(fā)。

Hi2115芯片有三種工作模式，這三種模式確定了不同節(jié)電級(jí)別的可用功能。

1.活躍模式（Active）

在此模式下，芯片的所有功能均可用，并且所有處理器都在正常運(yùn)行。無線電的傳輸和接收均是在這種模式下執(zhí)行的。同時(shí)待機(jī)模式和深度睡眠模式只能在活動(dòng)模式下進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

2.待機(jī)模式（Standby）

在待機(jī)模式下，所有的處理器處于非活躍狀態(tài)，但所有的外圍設(shè)備（包括DMA和嵌入式Flash）均處于活躍狀態(tài)。系統(tǒng)時(shí)鐘處于活躍狀態(tài)并通過時(shí)鐘門控與電源門控降低功耗。當(dāng)所有處理器執(zhí)行等待中斷（WFI）指令時(shí)，進(jìn)入待機(jī)模式。

3.深度睡眠模式（Deep-Sleep）

處于此模式時(shí)只有32.768kHz的RTC和某些外圍設(shè)備運(yùn)行。芯片可以通過RTC中斷或者通過外圍設(shè)備的外部事件發(fā)送消息，喚醒處于深度睡眠模式的模塊。此模式需要所有處理器輸入設(shè)置成深度睡眠模式才能進(jìn)入，然后執(zhí)行等待中斷（WFI）指令。

探索完框架之后，下面我們來具體了解下Hi2115芯片的外設(shè)部分：

1個(gè)通用UART（最高1.5Mbit/s）
2個(gè)低功耗UART（支持低功耗下異步操作）
2個(gè)IIC（最高1Mbit/s）
2個(gè)SPI（最高 24Mbit/s）
1個(gè)10bit ADC（818?ksps）
1個(gè)10bit DAC
1個(gè)高速模擬比較器
22個(gè)可編程IO（可配置）

Hi2115芯片的40個(gè)PIO中，有24個(gè)PIO在應(yīng)用核上可用。對(duì)于每個(gè)PIO的IO引腳功能均有軟件進(jìn)行控制，包括：方向、中斷配置、驅(qū)動(dòng)強(qiáng)度以及集成的上拉和下拉電阻。?

了解完前面這些，有沒有種撥開云霧見月明的感覺？讓我們帶著這種feel，繼續(xù)解析芯片的內(nèi)部架構(gòu)。

芯片供電
Hi2115芯片由單個(gè)電源供電，雙模式（PWM / PFM）降壓穩(wěn)壓器SMPSU為數(shù)字內(nèi)核供電并針對(duì)深度睡眠的電流進(jìn)行優(yōu)化。而集成線性穩(wěn)壓器提供了模擬和無線電電源軌道，實(shí)現(xiàn)高發(fā)射功率和隔離噪聲干擾物。這些線性穩(wěn)壓器由第二個(gè)片上SMPSU供電，以提高功耗效率，并且為了減少功耗，該芯片可以自動(dòng)禁用內(nèi)部無線電電源軌道。
參考時(shí)鐘
Hi2115需要一個(gè)低相位噪聲參考時(shí)鐘為PLL和ADC提供頻率參考，并且該芯片還需要32.768 kHz的晶振用于定時(shí)和深度睡眠喚醒。處理器由內(nèi)部生成的時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)，不依賴兩個(gè)參考時(shí)鐘啟動(dòng)。
射頻功能
Hi2115芯片的無線電是用于在蜂窩頻率下的NB-IoT通信。有兩個(gè)阻抗為100Ω、可通過外部組件來配置的差分LNA輸入，以用于LB（低頻帶698-960 MHz）和MB（中頻帶1695-2180 MHz）。發(fā)射機(jī)有兩個(gè)阻抗為50Ω的單端輸出，一種用于LB，另一種用于MB。
收發(fā)器射頻端口與天線之間有以下幾個(gè)部件：
1.TX功率放大器
這是一個(gè)能夠產(chǎn)生23 dBm輸出功率的PA，其具有20-30 dB的增益和足夠的線性度，使之滿足3GPP要求。
2.TX諧波濾波器
其規(guī)格取決于PA的選擇。在某些情況下，它可能會(huì)集成到PA中，不需要單獨(dú)使用。
3.TX/RX開關(guān)
RF開關(guān)將天線連接到PA輸出和RX輸入，?此開關(guān)可由Hi2115的一個(gè)或多個(gè)PIO控制。
4.RX諧波濾波器
用于濾除電力系統(tǒng)中某一次或多次諧波的裝置
5.RX匹配組件/巴倫
Hi2115芯片還支持MIPI RFFE接口v1.0和v2.0，此接口用于控制功率放大器和支持1.8V接口的RF前端模塊，且支持的SCLK頻率范圍為32kHz~26MHz。?

看到這里相信大家對(duì)Hi2115芯片由內(nèi)到外的架構(gòu)已經(jīng)清晰了，是不是有些意猶未盡？動(dòng)一下你的小手手，請(qǐng)給小編三連：點(diǎn)贊、在看、分享，小編會(huì)就NB-IoT模組中其他部件進(jìn)行解析，敬請(qǐng)期待！

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