探索BGM121 Blue Gecko SiP模块无线入门套件：开启无线应用开发之旅

在当今的电子世界中，无线技术的发展日新月异，为各种应用场景带来了前所未有的便利和可能性。对于电子工程师来说，拥有一套功能强大且易于上手的无线开发套件是至关重要的。Silicon Labs的BGM121 Blue Gecko SiP模块无线入门套件就是这样一个优秀的选择，它为我们提供了一个理想的起点，帮助我们快速熟悉BGM121模块，并开展无线应用的开发工作。

文件下载：SLWRB4302A.pdf

套件概述

BGM121 Blue Gecko SiP模块无线入门套件由BRD4302A无线电板和无线入门套件主板组成。无线电板上集成了BGM121 SiP模块，它具有256 kB的闪存和32 kB的RAM，还配备了完全集成的芯片天线、RF匹配网络、晶体和去耦电路。主板则提供了一系列工具，用于无线应用的评估和开发，包括板载J-Link调试器、高级能量监视器（AEM）、虚拟COM端口（VCOM）和数据包跟踪接口（PTI）等。此外，套件还包含一个扩展板（BRD8006A），提供了加速度计、按钮、LED和操纵杆等额外的外设。

硬件特性

无线电板特性

• BGM121模块：具有256 kB闪存和32 kB RAM，集成芯片天线等，提供强大的处理能力和无线通信功能。
• 8 Mbit低功耗串行闪存：用于空中升级，方便对设备进行固件更新。

无线入门套件主板特性

• 高级能量监视器（AEM）：能够实时监测电流和电压，帮助我们优化应用的能量消耗。
• 数据包跟踪接口（PTI）：提供关于无线链路中传输和接收数据包的宝贵调试信息。
• 虚拟COM端口（VCOM）：通过USB或以太网提供易于使用的串行端口连接。
• SEGGER J-Link板载调试器：支持通过USB或以太网对目标设备进行编程和调试。
• 外部设备调试：可以对外部目标硬件进行调试，增加了套件的灵活性。
• 以太网和USB连接：提供多种连接方式，方便与主机进行通信。
• Si7021相对湿度和温度传感器：可用于测量环境的湿度和温度。
• 低功耗128x128像素内存LCD：用于显示应用信息，功耗较低。
• 用户LED和按钮：方便用户进行交互操作。
• 20针2.54 mm EXP头：用于连接外设或插件板。
• SiP模块I/O的 breakout焊盘：方便对模块的引脚进行访问。
• CR2032硬币电池支持：可使用硬币电池为设备供电。

扩展板特性

• 加速度计：用于检测设备的运动和倾斜。
• 按钮和LED：提供额外的用户交互功能。
• 操纵杆：方便进行方向控制。

软件支持

该套件提供了丰富的软件支持，包括Simplicity Studio™、Energy Profiler、Network Analyzer以及iOS和Android应用。Simplicity Studio™是一个集成开发环境，提供了图形化的界面和工具，方便我们进行应用开发和调试。Energy Profiler可以帮助我们分析应用的能量消耗情况，优化代码以降低功耗。Network Analyzer则用于对无线通信网络进行分析和调试。

硬件连接与配置

连接器

套件主板上有多种连接器，每个连接器都有其特定的功能。

• J-Link USB连接器：位于主板左侧，是套件的主要电源来源，同时支持调试、编程、虚拟COM端口通信和能量监测等功能。
• 以太网连接器：提供通过TCP/IP访问套件开发功能的接口，但不能为套件供电，使用时需要通过USB连接器提供电源。
• Breakout焊盘：大多数BGM121的引脚被路由到主板顶部和底部边缘的breakout焊盘上，方便我们对引脚进行访问。
• EXP头：位于主板右侧，是一个20针的扩展头，用于连接外设或插件板，遵循标准接口，确保常用外设的可用性。
• 调试连接器：根据调试模式的设置，可以用于连接外部调试器或作为调试器对外部目标进行调试。
• Simplicity连接器：用于将高级调试功能应用于外部目标，使用时需要注意电流测量的问题。
• 调试适配器：BRD8010A STK/WSTK调试适配器将调试连接器和Simplicity连接器的功能集成到一个更小的10针连接器上，适用于空间受限的设计。

电源供应和复位

• 无线电板电源选择：可以通过调试USB电缆、3 V硬币电池或无线电板上的USB调节器（仅支持USB的设备）为BGM121供电，通过主板左下角的滑动开关进行选择。
• 板控制器电源：板控制器通过主板左上角的USB端口供电，与目标设备的电源域相互隔离，确保调试功能不受目标设备电源选择的影响。
• BGM121复位：可以通过用户按下复位按钮、板载调试器或外部调试器拉低复位引脚来复位BGM121，此外，板控制器启动时也会对BGM121进行复位。

外设功能

按钮和LED

套件上有两个用户按钮（PB0和PB1）和两个黄色LED（LED0和LED1），按钮通过RC滤波器进行去抖处理，LED采用高电平有效配置，方便我们进行用户交互。

内存LCD-TFT显示屏

套件配备了一个1.28英寸的SHARP Memory LCD-TFT显示屏，具有128x128像素的高分辨率和低功耗特性。显示屏通过SPI兼容的串行接口和额外的控制信号进行控制，用户应用可以通过DISP_ENABLE信号控制显示屏的所有权。

串行闪存

BRD4302A无线电板上配备了一个8 Mbit的Macronix MX25R SPI闪存，直接连接到BGM121。该闪存为超低功耗设备，不使用时应将其置于深度电源关闭模式，以降低电流消耗。

Si7021相对湿度和温度传感器

Si7021传感器是一个集成了湿度和温度传感器元件、模数转换器、信号处理、校准数据和I2C接口的单芯片CMOS IC。它具有工厂校准、低功耗、高精度和长期稳定性等优点，可用于测量环境的湿度、露点和温度。使用时需要将SENSOR_ENABLE信号设置为高电平，传感器的电流消耗会被包含在AEM测量中。

虚拟COM端口

虚拟COM端口提供了主机PC和目标BGM121之间的异步串行连接，消除了对外部串行端口适配器的需求。它由目标设备和板控制器之间的物理UART以及板控制器中的逻辑功能组成，通过USB或以太网将串行端口提供给主机PC。支持基本的RTS/CTS流控制，可通过管理控制台进行配置。

扩展板功能

加速度计

扩展板上的Bosch Sensortec BMA280是一个三轴、低功耗、低g加速度计传感器，具有14位数字分辨率，可用于检测设备的倾斜、运动、冲击和振动。

按钮和LED

扩展板上有两个按钮（BTN2和BTN3）和两个LED（LED2和LED3），一个按钮和一个LED共享同一个I/O引脚，通过晶体管连接，可实现输入和输出功能的切换。

操纵杆

模拟操纵杆提供9个可测量的位置，连接到BGM121的PD4引脚，通过内部ADC测量不同位置产生的电压，从而确定操纵杆的位置。

板控制器功能

管理控制台

管理控制台是一个命令行界面，用于配置套件的行为和获取配置及操作参数。通过以太网连接到套件的IP地址和端口4902，可以打开telnet连接并访问管理控制台。控制台具有内置的帮助系统，可通过help命令获取命令列表和子命令描述。

虚拟UART

虚拟UART接口基于SEGGER的实时传输（RTT）技术，通过Serial Wire Output（SWO）获取设备的应用数据，并通过共享内存接口将数据发送到目标应用。套件在TCP/IP端口4900上提供虚拟UART接口。

高级能量监视器

简介

高级能量监视器（AEM）是Simplicity Energy Profiler的重要组成部分，用于实时监测应用的电流消耗，并将其与目标应用代码进行关联，帮助我们发现应用中的能量效率问题。

工作原理

AEM电路能够测量0.1 µA至95 mA范围内的电流信号，具有近120 dB的动态范围和约10 kHz的电流信号带宽。通过电流感应放大器、多个增益级和板控制器中的信号处理，实现对电流信号的测量和处理。同时，利用ARM CoreSight调试架构的功能，将电流信号与目标处理器的程序计数器（PC）采样相结合，构建准确的能量统计剖面。

精度和性能

AEM能够在0.1 µA至95 mA的范围内测量电流，对于大于250 µA的电流，精度在0.1 mA以内；对于小于250 µA的电流，精度提高到1 µA，并且能够检测到小至100 nA的电流变化。AEM的电流采样率为10 kHz。

使用方法

AEM数据由板控制器收集，并可通过Simplicity Studio中的Energy Profiler进行显示。通过Energy Profiler，我们可以实时测量电流消耗和电压，并将其与BGM121上运行的实际代码进行关联。

板载调试器

调试模式

板载调试器支持三种调试模式：Debug MCU、Debug OUT和Debug IN。在Simplicity Studio中选择调试模式，可实现对不同目标的调试。

• Debug MCU：将板载调试器连接到套件上的BGM121。
• Debug OUT：使用板载调试器对安装在自定义板上的支持Silicon Labs设备进行调试。
• Debug IN：断开板载调试器，连接外部调试器对套件上的BGM121进行调试。

电池供电时的调试

当BGM121由电池供电且J-Link USB仍然连接时，板载调试功能可用。如果USB电源断开，Debug IN模式将停止工作。如果需要在目标设备由其他能源（如电池）供电且板控制器断电的情况下进行调试，可以直接连接用于调试的GPIO引脚，例如通过breakout焊盘上的相应引脚。

套件配置和升级

固件升级

Silicon Labs会发布板控制器固件的更新包，可通过Simplicity Studio进行固件升级，以启用新功能或修复问题。

原理图、装配图和物料清单

安装套件文档包后，可通过Simplicity Studio获取原理图、装配图和物料清单（BOM）。

总结

BGM121 Blue Gecko SiP模块无线入门套件为电子工程师提供了一个全面、强大且易于上手的无线开发平台。通过丰富的硬件特性、软件支持和调试工具，我们可以快速开展无线应用的开发工作，并优化应用的性能和能量消耗。无论是初学者还是有经验的工程师，都能从这个套件中获得良好的开发体验。你在使用这个套件的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。