非暴力拆解：小熊派NB-IoT通信扩展板

时间：2021-08-19 15:19:05

关键字：通信扩展板

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[导读]相信大家对小熊派的NB-IoT通信扩展板已经非常了解了，但你有真正的了解过其内部构造吗？今天小编不聊技术，带你做一回拆·机·客！拆解对象：BC35-G通信模组BC35-G模组是由移远发布的一款基于海思Hi2115（又称：Boudica150）芯片的NB-IoT通信模组。BC35-...

相信大家对小熊派的NB-IoT通信扩展板已经非常了解了，但你有真正的了解过其内部构造吗？今天小编不聊技术，带你做一回拆·机·客！

拆解对象：BC35-G通信模组

BC35-G模组是由移远发布的一款基于海思Hi2115（又称：Boudica150）芯片的NB-IoT通信模组。BC35-G的运行方式支持以下两种：NB-IoT MCU模式、OpenCPU模式。

NB-IoT MCU模式是我们常见的一种组合方式（小熊派IoT即是此种组合方式），用MCU作为主控，进行数据采集及控制，MCU向模组发送AT命令来实现设备与互联网的数据交互。OpenCPU是利用模组自身处理能力来完成MCU的工作，从而省去MCU。

让我们脱掉它的“外衣”，看看它的内部构造

今天的主角就是那个最大的芯片：Hi2115，接下来小编就这款NB-IoT芯片进行深度解析。

Hi2115是华为海思研发的第二款NB-IoT通信芯片（第一款是Hi2110），主频48MHz，352KB Flash，64KB RAM，支持3GPP R14标准，在698-960 MHz和1695-2180 MHz的频率范围内工作，系统带宽为200 kHz。

接下来就由浅入深，透过这款芯片的外表来探究它最深处的“秘密”。

Hi2115芯片有三个处理器子系统，以分离不同的功能，方便认证和简化第三方应用程序开发。

Hi2115芯片内部结构框图

Hi2115芯片的三个处理器子系统分别是:

1.应用核处理器（Application）：应用核心支持用户在应用程序上执行第三方应用代码

2.安全核处理器（Security Core）：安全核心通过验证系统上运行的代码来维护Hi2115的安全性和完整性，也会生成随机数并控制其他两个核心的内存访问。

3.协议核处理器（Protocol Core）：协议核心充当通信处理器，构成实现通信协议栈所有层的基础。它包括一个专用的ARM Cortex M0核和一个具有专用片上RAM的Dual-MAC DSP。有一个USIM接口允许与外部SIM操作，以及一个MIPI RFFE接口用于与外部射频电路接口连接。

三个子处理器之间，通过内存共享方式达成数据共享。每个核都独立运行，相互之间没有干扰。应用核可放心开放出所有用户权限，以供用户侧APP开发。

Hi2115芯片有三种工作模式，这三种模式确定了不同节电级别的可用功能。

1.活跃模式（Active）

在此模式下，芯片的所有功能均可用，并且所有处理器都在正常运行。无线电的传输和接收均是在这种模式下执行的。同时待机模式和深度睡眠模式只能在活动模式下进行转换。

2.待机模式（Standby）

在待机模式下，所有的处理器处于非活跃状态，但所有的外围设备（包括DMA和嵌入式Flash）均处于活跃状态。系统时钟处于活跃状态并通过时钟门控与电源门控降低功耗。当所有处理器执行等待中断（WFI）指令时，进入待机模式。

3.深度睡眠模式（Deep-Sleep）

处于此模式时只有32.768kHz的RTC和某些外围设备运行。芯片可以通过RTC中断或者通过外围设备的外部事件发送消息，唤醒处于深度睡眠模式的模块。此模式需要所有处理器输入设置成深度睡眠模式才能进入，然后执行等待中断（WFI）指令。

探索完框架之后，下面我们来具体了解下Hi2115芯片的外设部分：

1个通用UART（最高1.5Mbit/s）
2个低功耗UART（支持低功耗下异步操作）
2个IIC（最高1Mbit/s）
2个SPI（最高 24Mbit/s）
1个10bit ADC（818 ksps）
1个10bit DAC
1个高速模拟比较器
22个可编程IO（可配置）

Hi2115芯片的40个PIO中，有24个PIO在应用核上可用。对于每个PIO的IO引脚功能均有软件进行控制，包括：方向、中断配置、驱动强度以及集成的上拉和下拉电阻。

了解完前面这些，有没有种拨开云雾见月明的感觉？让我们带着这种feel，继续解析芯片的内部架构。

芯片供电
Hi2115芯片由单个电源供电，双模式（PWM / PFM）降压稳压器SMPSU为数字内核供电并针对深度睡眠的电流进行优化。而集成线性稳压器提供了模拟和无线电电源轨道，实现高发射功率和隔离噪声干扰物。这些线性稳压器由第二个片上SMPSU供电，以提高功耗效率，并且为了减少功耗，该芯片可以自动禁用内部无线电电源轨道。
参考时钟
Hi2115需要一个低相位噪声参考时钟为PLL和ADC提供频率参考，并且该芯片还需要32.768 kHz的晶振用于定时和深度睡眠唤醒。处理器由内部生成的时钟驱动，不依赖两个参考时钟启动。
射频功能
Hi2115芯片的无线电是用于在蜂窝频率下的NB-IoT通信。有两个阻抗为100Ω、可通过外部组件来配置的差分LNA输入，以用于LB（低频带698-960 MHz）和MB（中频带1695-2180 MHz）。发射机有两个阻抗为50Ω的单端输出，一种用于LB，另一种用于MB。
收发器射频端口与天线之间有以下几个部件：
1.TX功率放大器
这是一个能够产生23 dBm输出功率的PA，其具有20-30 dB的增益和足够的线性度，使之满足3GPP要求。
2.TX谐波滤波器
其规格取决于PA的选择。在某些情况下，它可能会集成到PA中，不需要单独使用。
3.TX/RX开关
RF开关将天线连接到PA输出和RX输入，此开关可由Hi2115的一个或多个PIO控制。
4.RX谐波滤波器
用于滤除电力系统中某一次或多次谐波的装置
5.RX匹配组件/巴伦
Hi2115芯片还支持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前端模块，且支持的SCLK频率范围为32kHz~26MHz。