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汇顶科技GR551x低功耗蓝牙SoC开发者指南

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发表于 2022-2-18 10:06:53 | 显示全部楼层 |阅读模式 来自 广东省深圳市
本文档主要介绍了GOODIX GR551x低功耗蓝牙片上系统(SoC)的软件开发工具包(SDK),以及使用KEIL开发和调试程序的方法,以帮助开发者开发低功耗蓝牙(Bluetooth Low Energy,BLE)应用。

1、简介
GR551x系列芯片是Goodix推出的支持Bluetooth 5.1的单模低功耗蓝牙片上系统(SoC)芯片,可以配置为广播者(Broadcaster)、观察者(Observer)、外围设备(Peripheral)和中央设备(Central),并支持上述各种角色的组合应用,可广泛应用于物联网(IoT)和智能穿戴设备领域。
GR551x系列架构以ARM®Cortex®-M4F CPU为核心,集成了Bluetooth 5.1协议栈、2.4 GHz RF收发器、片上可编程存储器Flash、RAM以及多种外设。
GR551x系列芯片已推出多款不同封装类型的芯片产品(表 1-1 ),开发者可根据项目需要选择合适的芯片。
GR551x系列芯片封装类型:
GR551X系列GR5515IGNDGR5515IENDUGR5515I0NDGR5515I0NDAGR5515RGBDGR5515GGBDGR5513BEND
CPUCortex@-M4FCortex@-M4FCortex@-M4FCortex@-M4FCortex@-M4FCortex@-M4FCortex@-M4F
RAM256 KB256 KB256 KB256 KB256 KB256 KB128 KB
Flash1 MB512 KBN/AN/A1 MB1 MB512 KB
封装(mm)QFN56 (7x7x0.75)QFN56(7x7x0.75)QFN56 (7x7x0.75)QFN56 (7x7x0.75)BGA68 (53x5.3x0.88)BGA55 (3.5x3.5x0.60)QFN40 (5x5x0.75)
I/O数量39393939392922

说明:
• GR5515RGBD不推荐用于新产品项目评估。
• GR5515IENDU内置宽压Flash,该Flash的供电范围为1.65 V ~ 3.6 V。
• GR5515I0ND支持外部高压(典型值3.3 V)Flash,GR5515I0NDA支持外部宽压(供电范围为1.65V~3.6V)Flash。

1.1 GR551x SDK
GR551x软件开发工具包(Software Development Kit,SDK)为GR551x系列SoC提供全面的软件开发支持。该工具包中包含了BLE(Bluetooth Low Energy)Stack API、System API、外设驱动程序、hex文件生成和下载工具、工程示例代码以及相关的用户文档等。
本文档支持的GR551x SDK版本,适用于GR551x系列的所有芯片。

1.2 低功耗蓝牙协议栈
低功耗蓝牙(BLE)协议栈的架构如图 1-1所示。
1.jpg
BLE协议栈由控制器(Controller)、主机控制接口(HCI)和主机(Host)组成。
控制器(Controller)
• 物理层(Physical Layer,PHY)支持1 Mbps和2 Mbps的自适应跳频GFSK(高斯频移键控)射频(RF)操作。
• 链路层(Link Layer,LL),控制设备的射频状态,设备可以处于如下的五种状态,根据应用需求相互切换:Standby,Advertising,Scanning,Initiating或者Connection。
主机控制接口(HCI)
• 主机控制接口(Host-Controller Interface,HCI)提供了Host与Controller之间的通信。该接口层的实现可以是软件接口,也可以是标准硬件接口,比如UART,Secure Digital(SD)或USB。HCIcommands和events通过这个接口层在Host与Controller之间传递。
主机(Host)
• 逻辑链路控制和适配协议(Logical Link Control and Adaption Protocol,L2CAP)为上层提供了多路复用、数据分段与重组服务,并且支持逻辑端对端的数据通信。
• 安全管理层(Security Manager,SM)定义了配对和密钥分发的方法,为上层协议栈和应用程序提供端到端的安全连接和数据交换的功能。
• 通用访问规范层(Generic Access Profile,GAP)为上层应用和Profiles提供和协议栈通信交互的接口,主要包括广播、扫描、连接发起、服务发现、连接参数更新、安全过程发起和响应的相关功能。
• 属性协议层(Attribute Protocol,ATT)定义了服务端和客户端之间的服务数据交互协议。
• 通用属性规范层(Generic Attribute Profile,GATT)基于ATT协议之上,定义了一系列用于GATT Client和GATT Server之间服务数据交互的通信过程,供上层应用、Profile和Service进行使用。

2、GR551x低功耗蓝牙软件平台
GR551x SDK是一套基于GR551x芯片定义的低功耗蓝牙应用开发的软件套件,包括BLE 5.1 API、SystemAPI和外设驱动API接口,并提供了丰富的蓝牙和外设应用示例工程和使用说明文档。应用开发者可以基于GR551x SDK的示例工程进行快速产品开发和迭代。
2.1 硬件架构
GR551x的硬件框图如下:
2.jpg
• ARM®Cortex®-M4F:GR551x SoC芯片的系统核心处理器(CPU)。BLE协议栈和Application代码都运行在该处理器上。
• RAM:随机存取存储器,提供程序执行时需要的内存空间。
• ROM:只读存储器,固化了Bootloader,BLE协议栈的软件部分。
• Security Cores:安全计算引擎单元,主要包括TRNG、AES、SHA和PKC等模块,提供了对加密的用户应用firmware进行校验的功能。对加密Firmware的校验是通过ROM中的安全启动流程完成的(Bluetooth SPEC中与安全相关的计算单元是包含于Communication Core中的独立模块,与SecurityCore无关)。
• Peripherals:GPIO、DMA、I2C、SPI、UART、PWM、Timer等硬件。
• RF Transceiver:2.4 GHz射频信号收发器。
• Communication Core:Bluetooth 5.1协议栈控制器的物理层。它也是软件协议栈与2.4 GHz射频硬件之间的接口。
• PMU(Power Management Unit):电源管理单元,为各系统模块提供电源供应,根据配置参数和当前的运行状态,设定合理的DC/DC、IO-LDO、Dig-LDO、RF Subsystem等模块参数。
• Flash:封装在芯片内部的Flash存储单元,用于用户代码和数据存储,支持用户代码片上运行模式(Execute in Place,XIP)。

2.2 软件架构
图 2-2展示了GR551x SDK的软件架构:
3.jpg
• Bootloader
引导程序,负责初始化芯片的软硬件环境,校验并启动应用程序。
• BLE Stack
低功耗蓝牙协议栈实现核心,由控制器(Controller)、主机控制接口(HCI)和主机(Host)协议组成(包括LL,HCI,L2CAP,GAP,SM,GATT),支持Broadcaster、Observer、Peripheral和Central角 色。
• BLE SDK
软件开发工具包,提供易于使用的SDK BLE API和SDK System API。 ◦ SDK BLE API包括L2CAP、GAP、SM和GATT API。 ◦ SDK System API提供了对非易失性数据存储系统(NVDS)、Firmware升级(Device Firmware Update,DFU)、系统电源管理以及通用系统级访问接口的API定义。
• Application
在SDK包中,提供了丰富的蓝牙及外设示例工程,每个示例工程中都包含编译后的二进制文件,用户可以下载到芯片中运行和测试。对于大部分的蓝牙应用,SDK包中的安卓APP也提供了对应的功能,方便用户测试。

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2022-2-18 10:05 上传
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