PSoC 6 BLE PIONEER KIT评测——更灵活、更安全的低功耗物联网/可穿戴解决方案
发布时间:2018-01-03
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PSoC 6 BLE PIONEER KIT评测——更灵活、更安全的低功耗物联网/可穿戴解决方案
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短短几年时间,物联网应用已从概念走向市场,遍地开花。有些物联网产品是直接从传统的消费电子中脱壳而出,而有些则是从无到有的全新创意,当然,支撑如此丰富多样的物联网产品快速落地离不开相爱相杀的各大半导体巨头提供的看家解决方案,是的,功不可没。

如今,物联网应用在稳步增长的同时也有几大问题困扰着工程师,比如在可穿戴设备等类似的应用上尽可能利用更小的空间创造更丰富的创意、功能;在电池技术停滞不前的情况下,多数使用电池供电的物联网产品急需更低或者更加合理的功耗分配的解决方案;最后一点则是毋庸置疑的安全连接性问题,物联给人们带来了前所未有的便利,但同时也对个人隐私安全提出了更高的挑战。

由此可观,我们需要一种更加灵活、更低功耗、更加安全通信的物联网解决方案,本次爱板网将给大家推荐的PSoC 6 BLE可以说正是应此而生。PSoC 6 BLE系列产品是今年Cypress最新推出的PSoC系列产品,破天荒的集成了两个微处理器核Arm Cortex-M4以及Arm Cortex-M0+,搭配可配置的模拟/数字外设模块、芯片内部集成业界领先的电容触控Capsense及语音I2S/PDM-PCM等特性,再加上不需要额外的外部存储或者安全单元即可支持多个同步的安全环境,可以说是专为灵活多样设计的低功耗物联网/可穿戴设备而生。

PSoC 6 BLE PIONEER KIT开发套件

此次爱板网拿到了基于PSoC 6产品的PSoC 6 BLE PIONEER KIT开发套件,中文名也可称作PSoC 6 BLE先锋套件,一起来看下。 正面标注了PSoC 6的三大特性:低功耗、灵活、安全。

包装盒背面则是PSoC 6的一些资料链接。

PSoC 6 BLE先锋套件的包装盒采用了磁吸式的开合方式,对比如今遍地是简单的不能再简单的包装盒,这倒是让人有些惊喜跟意外。

PSoC 6 BLE先锋套件的配件包括:

  • PSoC 6 BLE开发板一块
  • CY8CKIT-028-EPD E-Ink Display Shield
  • CY5677 CySmart BLE 4.2 USB Dongle
  • USB Type-A to Type-C cable
  • 4跟跳线,两根接近传感器线缆
  • 1份快速上手指南

CY8CKIT-028-EPD E-Ink显示模块与PSoC 6 BLE开发板是通过兼容 Arduino UNO 接口组合在一起的。

CY8CKIT-028-EPD E-Ink显示模块上的接口排针设计得非常长,所以组装取下非常方便。

PSoC 6 BLE PIONEER KIT特点:

  • 150/100MHz CY8C6347BZI-BLD53 ARM Cortex-M4/M0+ 双核 PSoC 6,带蓝牙 4.2
  • 板载 S25FL512S 512Mb 四路 SPI NOR 闪存
  • 板载 EZ-PD CCG3 USB C 型控制器,带功率输送
  • 板载基于 PSoC 5 的编程器/调试器 (KitProg2)
  • CapSense 触摸滑条、触摸按键和接近式感应
  • 支持可充电锂聚合物电池
  • USB TYPE-C接口,用于供电/调试
  • 兼容Arduino UNO 扩展接口
  • Digilent Pmod 6 引脚扩展接口

CY8CKIT-028-EPD E-Ink Display Shield

CY8CKIT-028-EPD E-Ink显示模块搭载了一块2.7英寸的E-Ink屏幕,俗称电子纸,掉电显示内容也不会消失,屏幕只会只在刷新数据的时候耗电,所以功耗极低,非常适合低功耗的应用,市面上除了电子书这种消费类的电子产品,很多带显示的温湿度计等物联网、智能家居产品也有相关应用。

CY8CKIT-028-EPD E-Ink显示模块还搭载了三个传感器,运动传感器、热敏电阻、PDM麦克,其中运动传感器包含了一个三轴加速度计以及一个三轴陀螺仪,采用PDM麦克可能是考虑到PSoC 6内部本身就集成硬件PDM UDB模块,设计就是水到渠成的事了,并且最大可支持8个数字麦克扩展,大家可能想到了一个目前极为火爆的产品“AI音箱”,麦克风语音采集阵列是必须的。

E-Ink显示模组背面则是兼容Arduino UNO的扩展接口,由此可见,这个模组不但可以应用在PSoC6 BLE套件上,还可以在其它Arduino UNO兼容的接口板子上使用,从这方面也能看到生态圈做广之后的带来的好处跟便利。

PSoC 6 BLE开发板

PSoC 6 BLE开发板并不像传统微控制器最小系统板那样,板子的资源还是相对比较丰富,并且搭载了几个难得在微控制器开发板上可以看到的电路,想知道是哪些吗?继续往下看。

如上图所示,取下E-Ink屏幕后板子的正面布局初看似乎没有什么特殊之处,只见到了赛普拉斯标志性的Capsense触摸电路。另外看引出的扩展接口,留给用户DIY资源还是比较丰富的,当然,PSoC 6 BLE开发板也具备不少独有的特性,具体来了解下。

  • PSoC 6 BLE器件

PSoC 6 BLE器件是板子的核心器件,也是赛普拉斯今天推出的全新PSoC系列产品,集成BLE功能,主要针对物联网以及可穿戴领域。

全新的PSoC 6器件集成度非常高,如上图所示,外部电路构建只需少量的元器件,依笔者看来,PSoC 6 BLE器件主要具备三大特性:

第一,低功耗。基于40nm制程,内部提供两个Arm Cortex-M核,其中一个高性能Arm Cortex-M4核活动功耗在22 µA/MHz,一个低功耗Arm Cortex-M0+核活动功耗低至15 µA/MHz。两核相互配合,Arm Cortex-M4应用于高性能事件处理,Arm Cortex-M0+用于低功耗事件处理,使PSoC 6在可以胜任目前物联网/可穿戴应用对日益增长的性能要求的同时还能保持低功耗。

第二,可编程能力。众所周知,PSoC系列产品闻名于世也是在于其灵活的可编程模块。PSoC 6器件不但集成物联网/可穿戴设备中的USB、BLE等功能,另外其通过可编程模块,用户可以自己灵活定义数字/模拟外设以及Capsense等资源,卓越的可编程能力可以灵活适应物联网应用的功能实现,大大降低了工程师的选型困难症,同时也为选择这款器件做设计的工程师减少PCB设计难度。

第三,安全性。物联网在给人们带来极大的便利,同时也带了不少安全隐患。通常很多设备为了安全需要增添额外的安全EEPROM等功能。PSoC 6器件则为工程师提供了多个加密环境如 AES, 3DES, RSA, ECC 以及SHA-512, SHA-256等而不需要增添额外的器件。

除了以上3大特征外,PSoC 6器件的资源也非常多,比如集成了1MB Flash以及256KB SRAM,集成了USB、BLE、QSPI、ADC、DAC、I2S、PDM、比较器、PWM、运放等资源,其硬件原理框图如下所示,如果对此器件感兴趣的话,可以直接查看PSoC 6 BLE器件的规格书。

  • USB TYPE-C电路

在PSoC 6 BLE开发板上另一个比较独特的功能要数是板载的USB TYPE-C电路了。这是在其它微控制器板上难得一见的,即便是不少搭载USB-TPYE接口的开源硬件板上,很多也是徒搭载USB TYPE-C接口,但实际的功能除了供电外也没啥改进,徒有虚表。但是在PSoC 6 BLE开发板上就不一样了,其除了供电/调试还具备USB TYPE-C PD快充功能。

上图为USB Type-C接口,在设计的时候还特意做了加固设计,虽然看上去比较丑,但是非常实用,有效避免使用一些不是太匹配的第三方数据线导致在拔插线缆的时候直接将USB Type-C 焊盘都给扯下来(笔者先前就遇到过这种情况,直接导致板子废掉)。

总之,在微控制器板子上用上USB Type-C接口还是实属难得,最近几年,微控制器板子才从miniUSB转向MicroUSB接口,这次Cypress直接用上USB Type-C PD电路,甚至说比很多做消费电子产品如手机的厂商单纯的放个USB Type C接口愚弄用户要诚恳的多。

如下图所示,在PSoC 6 BLE先锋套件上,与USB TYPE-C接口配套的是板载的Cypress EZ-PD CCG3 PD控制器,型号为CYPD3125。

背部的充电电路。

CCG3是赛普拉斯CCGx USB Type-C PD控制器中的一个产品系列,目前最新的为CCG5,其中CCG4与CCG5与前几个系列最大的不同是内部集成了两个TYPE-C PD控制器,下图则是Cypress历代CCG系列产品的规格比较,有兴趣的可以关注下。

因为PSoC 6 BLE先锋套件除了通过电脑5V/0.5A的接口供电/调试外,还可以通过其它支持USB PD的充电器实现9V/12V@3A的充电或者供电。下图则是PSoC 6 BLE先锋套件电源拓扑图。

  • 板载其余外设机接口资源

除了上文提到的两个重要的特性,在PSoC 6 BLE开发板上其余的资源也是非常丰富。

PSoC 5LP调试器的扩展接口。

PSoC 5LP器件,布局在板子正中央,第一次看到的朋友很容易误会这是开发板的核心器件PSoC 6,但实际是构成板子的 KitProg2调试器,用于对PSoC 6器件的编程和调试。

旁边的开关是用于选择PSoC 6 BLE器件的VDD电压,电压的可选择为1.8V或者3.3V,或者通过KitProg2设置1.8V~3.3V之间的电压。

PSoC 5LP调试器的扩展接口旁边的是额外的外部电源供电接口(支持5~12V供电)

用户按键以及复位按键,中间的扩展接口为Digilent的Pmod接口。

旁边搭载了额外的JTAG调试接口,可以通过外部的仿真器对PSoC 6器件编程和调试。

PSoC 6 BLE器件的扩展IO以及兼容Arduino UNO IO接口。

赛普拉斯Capsense触摸滑条以及触摸按键。

RGB LED、64MB SPI NOR Flash、蓝牙天线。

板子背面的资源分布。

上图中SW开关可以切换KitProg2调试器用于调试板载的PSoC 6器件还是调试外部的PSoC 4/5/6器件。

后备电池旁边的SW开关可以在VDD以及后备电池之间切换不同的供电方式,并且可以通过PSoC 6或者KitProg2来控制供电稳压器的开关。

PSoC 6 BLE PIONEER KIT更多详细的资源、接口分布参考下图所示,在本文中不再一一说明了。

PSoC 6 BLE PIONEER KIT硬件系统框图如下。

CY5677 CySmart BLE 4.2 USB Dongle

CySmart USB Dongle收发器在这个开发套件中是作为蓝牙的主机设备存在的,配合电脑端的CySmart软件工具可以实现与PSoC 6 BLE开发板配对通信(可以理解成手机端)。在赛普拉斯的其它开发套件中(BLE套件),也时常都有这位“仁兄”的身影,这里就不再重复介绍了。

PSoC 6 BLE PIONEER KIT上电

PSoC 6开发套件内置了出厂程序,上电即可使用,可以通过手机CySmart APP或者电脑端的CySmart软件工具进行测试。

上电后在PSoC 6套件的E-Ink屏幕上会提示具体的操作方法,跟着步骤过非常简单。

通过蓝牙通信可以实现板子上的RGB LED以及触摸滑条等的功能的控制以及状态显示。

也可以通过GATT功能直接发送指令控制开发板上的RGB LED颜色。

开发过程中也可以通过CySmart USB Dongle收发器以及电脑端的CySmart软件工具实现与板子的BLE通信测试。

开发环境

提到开发环境,不得不说、不得不赞叹下赛普拉斯自家的PSoC Creater,这个IDE工具非常好用,可以说是赛普拉斯的呕心力作,目前官方推出最新的正式版本是4.1,而在社区有4.2 beta版本。这里特别特别需要说明一下,目前PSoC 6套件上也没显眼的位置提示具体需要哪个版本的IDE工具开发,结果笔者在安装了4.1后发现根本未支持PSoC 6套件开发,需要安装赛普拉斯官方社区的4.2beta及后续的更新版本。

PSoC Creater是通过硬件连接的方式来实现软件驱动的自动化生成,对于驱动这块不熟悉的软件工程师来说绝对的幸福的神器,只要你把相关资源的组件放置好,对应定义好硬件接口,点击编译系统就可以自动的把相关资源的驱动生成。工程师只需要在代码中直接调用API函数即可。在实际开发过程中,可以大大缩短研发周期,从而加快产品的上市。

在赛普拉斯提供的完整软件安装包中,除了PSoC Creater,还包括CySmart、PDL、PSoC Programmer等工具,可以配合PSoC 6 BLE开发套件共同使用。

打开PSoC Creator4.2,连接上开发板。

只能看到少数的几个demo。

而事实上不仅于此,我们可以在Cypress官方的PSoC 6 BLE开发套件页面中找到更多的例程资源,内容非常丰富,把这些例程全部吃透的话足够你灵活使用PSoC 6进行产品开发(点击图片放大可以查看具体例程信息)。

下文选择了一个E-Ink Display with CapSense 的例程展示。

编译。

在下载的时候可以选择是下载到哪个处理器下执行应用。

运行效果。

笔者也分别测试了在Arm Cortex-M4以及Arm Cortex-M0+下的运行情况,发现对于这个E-Ink显示应用,实际使用上性能的差别表现不大,感官上Arm Cortex-M4稍胜一些,不过相信在功耗上Arm Cortex-M0+会有较大优势。

通过PSoC 6 Capsense实现E-Ink显示控制。

更多的内容就不在本文一一测试了,对PSoC 6 BLE器件或者PSoC 6 BLE先锋套件感兴趣的朋友可以去赛普拉斯官网购买,售价为75美金,当然,在爱板网的开发板试用频道也可以申请此板子的免费试用,名额有限,抓紧机会。唠叨一句,PSoC产品是个好东西,未玩过的有机会都该好好玩玩。

小结

第一次与Cypress结缘是因为PSoC 4,当时被这种天才般的架构所震惊,在Arm内核周围集成了可配置的模拟和数字可编程模块,利用芯片内部的可编程互联阵列,有效地配置芯片上的模拟和数字块资源,达到可编程片上系统的目的。PSoC 6在赛普拉斯前代产品的基础上开拓性的用上了高性能的Arm Cortex-M4与低功耗的Arm Cortrex-M0+处理器结合方案,集成BLE、USB通信接口,集成安全加密单元,集成可编程模拟数字外设,针对目前注重低功耗、高性能、安全性的物联网/可穿戴应用,PSoC 6 BLE器件提供了一种极其灵活且完全可编程的混合信号SoC解决方案,其配套的PSoC 6 BLE PIONEER KIT将PSoC 6 BLE器件的优势犹如教科书般的展现出来,如果你正从事物联网/可穿戴/智能硬件等产品的研发,为无法完全满足你需求的选型而苦恼,不妨试下PSoC 6套件,或许能解你燃眉之急。

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讨论 (8)

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