STM32WB

随着当代电子技术的发展,每个人拥有的电子产品越来越多,蓝牙成了绝大部分电子产品的标配,而某些场景下,共享资源或者共享电子产品成为一种趋势。比如下面这种场景,同一只智能笔可以动态地被不同的平板电脑、手机或笔记本电脑共享或使用,在这里同一设备(STM32WB)可以被许多主设备使用和共享。

“STM32WB全面完美支持蓝牙多场景多连接应用"

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STM32WB 支持多连接拓扑

STM32WB 不仅仅支持上面的应用,同时也支持Piconet 拓扑结构、Scatternet 拓扑结构和多从设备拓扑:

Piconet topology(微微网拓扑结构)

蓝牙是一个点对点或者点对多点的拓扑结构,他们的交互都是基于一个物理通道(Physical Channel)上的, 也就是说点对点之间有一条物理通道,点对多点共享一条物理通道,我们把这些共用一个物理通道的集合称之为微微网(piconet)。

✦ STM32WB 作为主设备,能够连接最多8从设备。

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Scatternet topology分布式拓扑结构

工作在同一物理信道的2个或更多设备相互连接组成piconet。一个piconet由一个主设备和多个从设备组成。

主设备提供时钟和跳频模式的参照标准给从设备去同步。在一个区域里可能有多个piconet,每个piconet使用一个互不相同的物理信道。

一个设备不可以在两个piconet中充当主设备(如果可以的话,那么这两个piconet将会工作在同一频道上)。

一个设备可以在多个不同的piconet中充当从设备角色。一个设备在一个piconet中,又在另一个piconet中,那么这个设备处于scatternet。

或者一个设备在多个不同Piconet中充当不同的角色,在一个piconet中中充当主设备,在另外一个piconet中,充当从设备,那么这个设备也是处于Scatternet。

✦ STM32WB作为主设备连接6个从设备

✦ 同时动态的,STM32WB可以作为从设备,连接两个主设备

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Multi slave topology (New)多从设备拓扑结构

✦ STM32WB作为从设备,连接8个主设备。

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STM32WB 多从设备模式

在这里我们重点介绍如何通过多从设备模式实现多连接的资源共享, 最多8个并发连接,如果主设备在多从设备模式时,可以扫描,广播,连接。它完全兼容蓝牙SIG标准,并且可以与任何的蓝牙LE设备互联互通;而通过主从设备对时隙长度预测机制来避免多连接的碰撞。

1.新的从时隙长度预测机制和槽冲突避免机制:

利用时隙上的动态连接事件持续时间计算,保证了系统的防碰撞性和有效的带宽利用;碰撞预测采用活跃时隙长度缩减和优先级呼叫两种方法。

2.新的主时隙避免碰撞机制:

类似地,对于从时隙碰撞避免机制,该机制避免了下一个调度的主时隙(即连接主时隙或扫描时隙)与所有重叠的从时隙之间的碰撞,建议主连接间隔上设置少量延迟配置,更加有效的使得连接更加流畅。当然随着连接个数的增加,通讯时间间隔会加长,如下表:

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围观 5

STM32WB 系列作为一款高性能的无线双核芯片,具备非常丰富的外设和强大的功能。客户在做中国无线电委员会SRRC 认证工作时,不知道如何产生SRRC 需要的信号。本文就是为了解决此问题而准备。

详阅请点击下载《STM32WB无线电认证技术准备工作》

来源:stm32
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围观 10

一、简介

在无线蓝牙领域,既能满足超低功耗,又能进行全双工语音通讯,一直是市场上的需求,比如:无线门铃,短距离对讲机等应用。针对BLE语音相关的应用场景,ST推出了FP-AUD-BVLINKWB1这个软件包供客户评估。

本文将对这个软件包展开介绍,该软件包主要包含以下特性:

  • 使用Opus v1.3编码和解码,通过BLE实现全双工立体音频流。

  • 使用自定义BlueVoiceOPUS协议,通过API即可使用Opus功能。

  • 源码包含数字音频捕获和处理。

  • 可以通过USB进行音频流的回放。

  • 可使用麦克风扩展板X-NUCLEO-CCA02M2 + Nucleo开发板P-NUCLEO-WB55的组合或者探索板STM32WB5MM-DK。

  • 兼容STBLESensor App。

  • 免费开源。

感兴趣的话欢迎下载该软件包进行评估:点击这里下载软件包

二、软件介绍

软件架构

“▲图1.软件架构图"
▲图1.软件架构图
  • Hardware Abstraction:硬件抽象层,使用了STM32的HAL库提供底层的硬件驱动。

  • BSP层:在HAL层之上,提供了板级支持包,包含了SPI,ADC,LED和User Button等驱动。

  • Middleware层:中间件层,主要包含了以下内容:
    • STM32 WPAN:提供BLE,Thread,Zigbee等协议相关的接口API,本应用只使用了BLE协议。
    • USB Device:提供各种不同USB device类的实现,本应用中只使用了USB Audio类。
    • PDM Lib:提供了数字麦克风PDM信号到PCM信号转换的软件实现。
    • OPUS:开源第三方的OPUS库,版本v1.3。

Opus简介都

Opus是完全开源免费的高通用性音频编解码协议,由Internet Engineering Task Force (IETF)标准化。

Opus可以处理广泛的音频应用,包括IP语音、视频会议、游戏内聊天,甚至远程现场音乐表演。它可以从低比特率窄带语音缩放到非常高质量的立体声音乐,并且具备以下特点:

  • 比特率范围:6kb /s到510 kb/s

  • 采样率范围:8khz(窄带)到48kHz(全带)

  • 帧大小:2.5 ms到60 ms

  • 比特率,采样率,帧大小动态可调节

  • 支持固定比特率(CBR)和可变比特率(VBR)

  • 支持语音和音乐

  • 支持单声道和立体声

  • 最多支持255个通道

  • 良好的鲁棒性和丢包隐藏能力

  • 支持浮点和定点

BlueVoiceOPUS协议

BlueVoiceOPUS是自定义的协议,Central和Peripheral是GAP层的角色,在点对点通讯中,主动发起连接请求的设备为Central。在GATT协议中,Server接受请求和命令,将数据保存在属性中。Client实施服务发现流程,并向Server请求数据。

如果是单向的非对称语音系统,那么具备麦克风的设备可以定义为Server,客户端可以主动或被动接收Server的语音数据流。

“▲图2.GATT角色分配"
▲图2.GATT角色分配

如图2,FP-AUD-BVLINKWB1提供了双向的系统,双方设备都具备语音的能力,所以双方都实现了GATT Server以及Client的角色。并且,Server的语音数据基于notification性质,将以异步的方式主动发送给Client。

✦ BlueVoiceOPUS服务

ATT协议用于在设备中进行数据交换,ATT的最小实体称为属性。GATT服务由各种服务组成,其中服务由服务申明属性作为起始,每一个服务又包含若干特性,特性由任意属性或属性描述符组成。

表1是典型的BLE服务的属性表,其中包含了1个服务申明以及3个特性。Audio特性用来通知对方设备音频数据。Ctrl特性通知对方设备控制数据,比如播放,暂停等。Music特性用来通知对方音乐数据,该特性只在ST BLE Sensor APP中实现,取代Audio特性,用来传输压缩后的48KHz立体音乐。

“▲表1.BlueVoiceOPUS服务属性表"
▲表1.BlueVoiceOPUS服务属性表

✦ BLUEVoiceOPUS实现

在Middleware层,和BlueVoiceOPUS协议相关的文件包括:

  • bvopus_service_stm:该文件管理所有和BLE相关的功能,包括添加服务和添加特性,以及数据的接收和发送。其中包含了一个简单的数据封包和解析协议。

  • opus_interface_stm:该文件实现了Opus编码器和BlueVoiceOPUS服务的接口。提供简单的API用于Opus初始化,配置,数据压缩和解压等。

应用层介绍

在软件包中包含了三个主要的工程:

  • BVLCentral:作为主设备主动发起连接,并提供BlueVoiceOPUS服务。

  • BVLPeripheral:作为从设备广播,并提供BlueVoiceOPUS服务。

  • BVLPeripheral_FullBand:作为从设备广播,提供BlueVoiceOPUS服务, 可以通过BLE接收立体声音乐,但目前只能和ST BLE Sensor相连。

BVLCentral和BVLPeripheral分别烧录到WB55的开发板中,分别作为主机和从机,通过开启或停止音频通知,可以达到三种不同类型的通讯:单工,半双工和全双工。

  • 当设备在输出音频流时,应用层负责语音的获取,数据压缩和封包,然后通过BlueVoiceOPUS协议发送出去。

  • 当设备在接收音频流时,应用层通过从BlueVoiceOPUS协议中接收BLE数据包,然后解包和解码OPUS语音数据。

通过P-NUCLEO-WB55上的SW1控制打开或关闭语音流通道。

通过LED显示设备的状态。

  • 广播/发现状态:绿色LED闪烁

  • 连接状态:蓝色LED缓慢闪烁

  • 语音流状态:蓝色LED正常闪烁

  • 接收状态:蓝色LED稳定点亮(不闪烁)

  • 全双工状态:蓝色LED快速闪烁(双方设备)

BVLCentral可以由APP(ST BLE Sensor)代替,完成设备和手机端的全双工语音通讯。

“▲图3.应用流程图"
▲图3.应用流程图

整个应用流程如图3所示,整个流程介绍如下:

  • 从设备广播,主设备发起连接,直到连接建立成功。

  • 双方互相完成服务和特性发现流程。

  • 从设备通过按钮,请求打开特性通知,主设备打开通知,从设备发送语音流,此时状态为语音流状态。

  • 相反地,主设备通过按钮,请求打开特性通知,从设备打开通知,主设备发送语音流,此时状态变为全双工状态。

  • 可以通过按钮,开关语音流,改变语音流状态。

可以通过按钮,开关语音流,改变语音流状态。

三、系统部署指导

下面将从不同方面分别介绍Demo的部署流程。

两块STM32WB开发板之间的全双工音频流

“▲图4.NUCLEO+CCA02M2的组合"
▲图4.NUCLEO+CCA02M2的组合

如上图4 ,可以使用P-NUCLEO-WB55开发板与一块麦克风扩展板X-NUCLEO-CCA02M2进行组合。然后分别烧录BVLCentral工程和BVLPeripheral工程。当双方设备建立连接以后,通过Nucleo上的SW1按钮,就可以建立起半双工或全双工的语音流了。麦克风扩展板可以对语音信号以8kHz或16kHz进行采集,并通过BlueVoiceOPUS协议传输,当对方设备接收到语音数据后,也通过usb传输到PC,使用刻录软件(如audacity)进行刻录保存,然后使用Audacity或其他语音软件播放。

“▲图5.STM325MM-DK探索板"
▲图5.STM325MM-DK探索板

如上图5,也可以使用STM32WB5MM-DK进行同样的操作,该开发板使用了STM32WB5MM的模组,并且板载了一块OLED显示屏供开发。

当然也可以使用图4和图5的组合,只要一块烧录的是主机程序,另一块烧录的是从机程序即可。

STM32WB开发板和手机之间的全双工音频流

除了上面的配置方法外,ST还提供了ST BLE Sensor手机APP供测试。

“▲图6.手机和开发板之间的音频流"
▲图6.手机和开发板之间的音频流

如图6,手机可以作为主设备,扫描然后连接STM32WB55开发板,建立全双工的音频流的BLE链路。语音信号可以从开发板采集,发送到手机侧进行播放。也可以从手机侧采集,发送到开发板后,再通过USB进行播放。

STM32WB开发板和手机之间的立体声音乐播放

上面介绍的都是8kHz/16kHz的语音流,该软件包还提供了全带(Full-Band)的48kHz立体声音乐流方案。

“▲图7.48kHz立体声音乐流方案"
▲图7.48kHz立体声音乐流方案

如图7,手机扫描设备后,发起并建立连接,完成GATT服务发现流程,然后通过按钮打开特性的通知属性,建立全带音乐流。APP使用OPUS对手机内音乐进行压缩和封包,然后通过BLE发送给开发板。开发板通过USB将数据导出到PC上,最后使用Audacity或其他语音软件进行播放。

参考文档

STM32CubeFunctionPack_BVLINKWB1_V2.0.0

相关阅读:

STM32WL私有LoRa网络设计原理以及演示介绍

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围观 62

本文档介绍了通过低功耗蓝牙®(BLE)连接在ST32WB设备上进行空中(OTA)固件更新的过程。它解释了如何使用STM32Cube固件包中提供的OTA应用程序。

详阅请点击下载《STM32WB系列微控制器空中应用和无线固件更新》

来源:ST
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围观 11

意法半导体推出整合基本功能与节能技术的新产品,扩大STM32WB* Bluetooth® LE微控制器(MCU)产品线。

双核微控制器 STM32WB15 和 STM32WB10超值系列 搭载主应用处理器Arm® Cortex®-M4和Bluetooth 5.2蓝牙处理器Cortex-M0+,保证两个处理器都能实现出色的实时性能。射频端链路预算达到102dBm,确保远距离网络连接稳定可靠,并集成巴伦(平衡-不平衡变换器)电路,节省电路板空间和材料清单成本。

新产品采用一种新的射频保持正常工作的超级省电模式,以及精心定制的外设和内存,适用于对成本敏感、注重功耗的嵌入式应用,包括可穿戴设备、信标、智能断路器、跟踪器, 物联网终端和工业自动化设备。

每款MCU的软件开发套件(SDK)都包括标准射频通信协议栈,支持专有通信协议,安全系统确保软件更新安全,保护品牌和设备数据完整性,专有代码读取保护(PCROP)技术保护知识产权。

随着这些新器件上市,STM32WB系列的封装型号也相应增多,提供多种封装配置选择,包括增加GPIO端口数量,类似封装之间的引脚到引脚兼容。客户可以利用不同的功能和存储容量升级应用,发挥所有封装的引脚兼容的优势,在不同的微控制器之间轻松地迁移设计。

开发生态系统包括支持各种应用的STM32Cube认证射频协议、软件扩展包和代码示例、STM32CubeMX 配置器和初始化代码生成器、STM32CubeIDE 开发环境、功能强大的STM32CubeMonitor-RF评估板以及相关的Nucleo开发板。

STM32WB15和STM32WB10超值系列MCU现已投产,采用QFN48封装,提供各种引脚兼容配置。

详情查看博客 https://blog.st.com/stm32wb15-stm32wb10/

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意法半导体拥有46,000名半导体技术的创造者和创新者,掌握半导体供应链和最先进的制造设备。作为一家独立的半导体设备制造商,意法半导体与十万余客户、数千名合作伙伴一起研发产品和解决方案,共同构建生态系统,帮助他们更好地应对各种挑战和新机遇,满足世界对可持续发展的更高需求。意法半导体的技术让人们的出行更智能,电力和能源管理更高效,物联网和5G技术应用更广泛。详情请浏览意法半导体公司网站:www.st.com

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