可穿戴設備的興起以多種不同方式對系統設計人員構成了重大挑戰。無線連接對于設計至關重要，但要保持盡可能長的電池壽命仍然存在挑戰，同時仍然提供響應系統，可在后臺無縫安全地更新，以適應不斷增加的可穿戴設計。

藍牙?的新一代規范提供了大部分功能。 4.0和4.1的藍牙智能規范提供了對安全和電源管理的特定支持，以及支持一系列配置文件，這些配置文件為特定應用程序提供代碼，例如健身和運動監視器，熱量和血壓監測，信息更新和通知。智能手表，甚至是解鎖家園和車輛門的鑰匙的能力。

市場研究公司CCS Insight看到2014年可穿戴設備的出貨量增加了三倍，達到2900萬臺，高于970萬臺。一年前，預計2015年將進一步增加至7500萬輛。這是由健身樂隊和智能手表推動的。到2018年，該公司預計該市場每年將達到1.72億部，其中可穿戴式相機和眼鏡被添加到產品組合中。

圖1 ：可穿戴設備市場預計到2018年將增長到1.75億臺，同時使用單芯片收發器和主機處理器的系統將大幅增長。資料來源：CCS Insight

所有這些都是由新系列的單芯片藍牙無線收發器實現的。它們將高性能RF前端與廣泛的電源管理和低功耗32位或16位RISC處理器內核相結合，以實現藍牙協議棧。它們還在芯片上具有額外的存儲空間來運行應用程序，特別是對于諸如健身追蹤器的單功能設計。通過多個I/O引腳和薄芯片級封裝，這些引腳可用作系統的控制器以及用于簡單應用（如跟蹤器或密鑰）的通信鏈路。然而，對于更復雜的設計，例如智能手表，必須實現更復雜的用戶界面，這些單芯片設計還與主機控制器連接，并且這些設計具有不同的開發策略。

DA14583例如，來自Dialog Semiconductor的藍牙智能全集成無線電收發器和基帶處理器。它可以用作獨立的應用處理器或主機控制器的無線接口，并支持靈活的存儲器架構，用于存儲藍牙配置文件和自定義應用程序代碼，以及通過SPI +引腳與主機控制器的接口。

圖2：Dialog Semiconductor的DA14583的方框圖顯示了必須控制的不同處理模塊。

該設備支持紐扣電池單元典型電壓為3.0 V，包括一個10位模數轉換器（ADC），用于精確測量電池電壓。對于無屏幕可穿戴設計，它有24個通用數字接口，可以直接連接到傳感器以簡化系統設計，以及一個四通道10位ADC來處理模擬傳感器。

完全集成的2.4 GHz CMOS收發器使用單線天線，無需RF匹配或發送/接收切換。這有助于簡化空間至關重要的可穿戴應用的電路板設計。

合格的藍牙智能協議棧存儲在專用ROM中。所有軟件都通過簡單的調度程序在16 MHz ARM ? Cortex ? -M0處理器上運行，固件包括L2CAP服務層協議，安全管理器（SM），屬性實現各種藍牙服務和建立無線鏈路所需的協議（ATT），通用屬性配置文件（GATT）和通用訪問配置文件（GAP）。這些包含在Bluetooth SIG發布的配置文件中，并且該設備支持通過SmartSnippets藍牙軟件平臺開發自定義配置文件的功能。這包括芯片上的合格單模堆棧以及用于消費者健康，運動，健身，安全和鄰近應用的一系列配置文件。

圖3：在Dialog的SmartSnippets開發環境中將驅動程序與硬件抽象層（HAL）中的應用程序分離。

設計人員可以開發其他客戶配置文件，因為軟件開發環境基于Keil的uVision開發工具。這些都是成熟且經過良好測試的，包含嵌入式模式的示例應用程序代碼。

應用程序是用C語言編寫的，并通過SmartSnippets編譯并傳送到設備。這是開發套件不可或缺的部分，有三種類型，從基本版到專業版，專家版，每個版本都將I/O映射到擴展連接器，以便輕松鏈接到其他傳感器。套件上提供了一個調試器，通過UART或JTAG端口進行鏈接，以編程和測試應用程序。

SmartSnippets通過入門工具包實現，鏈接到SPI，UART或JTAG引腳。基本套件是一塊板，所有DA14580的I/O都可用并映射到擴展連接器上。對于PRO套件，主板可以與幾個子板中的一個組合使用，具體取決于所使用的封裝類型，無論是芯片級WL-CSP34，四通道QFN40還是四通道QFN48。板載調試芯片可以訪問芯片上的專用電路，使開發人員能夠分析和微調正在開發的應用程序的功耗。

專家套件旨在通過SMA連接器評估芯片的RF性能。 PRO和Expert套件均可用于通過SPI連接分析器件中不同模塊的功耗。這允許開發人員直接訪問調整代碼，以最大限度地延長設計的電池壽命。

無線收發器和芯片內控制器之間的連接是此優化的關鍵領域，而STMicroelectronics擁有這一優勢。使用BlueNRG-MS設備進行改進。

BlueNRG-MS提供了使用SPI傳輸層與外部微控制器連接的選項，其中ST開發了自己的協議。這定義了一種軟件協議，提供訪問嵌入式藍牙堆棧層提供的所有服務的功能，并提供ARM Cortex-M0控制器和芯片內收發器的更多可見性。這使開發人員能夠更準確地分析在主處理器上運行的應用程序代碼，從而實現更高效的操作和更長的電池壽命。

圖4：意法半導體的BlueNRG-MS實現了專用的應用控制器接口（ACI），以改善對收發器和片上處理內核的訪問。

應用控制器接口（ACI）使用以8 MHz運行的標準SPI從接口作為傳輸層，并使用五條線：兩條控制線（時鐘和從機選擇）;兩條數據線，全雙工串行移出（MOSI和MISO）;和一條線指示從機的數據可用性，ST使ACI命令可供開發人員使用。

圖5：ACI接口位于主處理器上的藍牙智能配置文件和單芯片收發器上運行的協議棧之間。

這意味著在主處理器上運行的應用程序可以通過SPI連接發送ACI命令來控制BlueNRG-MS但關鍵是ACI接口也支持現有的HCI命令。如果收到命令，ACI將檢查該命令是用于主機還是用于控制器。如果該指令是ARM控制器的HCI命令，則ACI將轉發該指令，并將其從主機旁路。這有兩個好處：這意味著主機可以在不使用HCI命令的情況下控制鏈路層或PHY，從而提高性能;用戶應用程序仍然可以單獨測試控制器或使用HCI命令設置一些低級硬件參數，而無需通過主機。

劍橋硅無線電，現在是高通公司的一部分，使用自定義16位于CSR1013單模藍牙低功耗芯片中的控制器稱為XAP的RISC處理器。這提供了創建藍牙低能耗產品所需的一切，其中包括合格的藍牙v4.1規格堆棧以及在單個芯片上運行高達50 KB的客戶應用程序。

圖6：高通公司的CSR1013有自己的專有指令，通過其軟件開發套件與收發器和控制器連接。

芯片級WLCSP封裝允許CSR1013適合薄型可穿戴設備設計和支持鋰聚合物電池，直接連接到4.4 V電源電壓，無需外部穩壓器。

CSR的μEnergy軟件開發工具包（SDK）使用其帶有斷點，可變查看和內存查看的xIDE圖形代碼開發環境，為應用程序提供了完整的圖形代碼開發環境。 SDK基于XAP核心的GCC編譯器工具鏈，其命令行構建和制作工具可用于快速開發和回歸構建。

SDK還包括一個編程工具，用于通過加載和配置設備SPI系列還支持生產線編程，測試，藍牙地址配置和晶體振蕩器微調。設置設備只需要更改工具中.keyr文件中的藍牙地址和水晶微調（隨每個設備提供）和設備名稱。

圖7：對于CSR1013等設備，應用程序位于GAP和GATT固件之上，與藍牙服務一起。

SDK中的示例應用程序和配置文件符合Bluetooth SIG標準，開發人員可以使用此代碼作為藍牙認證過程的一部分，以最大限度地降低軟件開發的復雜性。

CSR1013還使用SPI作為調試接口，這在SPI從模式下可用，使外部控制器能夠訪問和控制設備，通常通過CSR提供的庫和工具。但是，此接口的協議是專有的，用于在生產中使用16位數據和直接進入控制器的16位地址編程來配置和調試器件。即使不用于開發，也必須將四條SPI線路連接到測試點或標頭，以便它們可用于生產測試。

結論

芯片制造商增加了顯著的功能，可以幫助開發人員實現可穿戴設計的藍牙連接。智能手表的發展意味著通過各種方法分離對無線收發器和控制器的訪問，將為開發人員提供更多選擇，以優化代碼并最大限度地降低功耗。