物联网及低功耗蓝牙5.x高级开发

目　　录
第1章　低功耗蓝牙及物联网新技术的发展\t（1）
1．1　世界是蓝色的\t（1）
1．2　经典蓝牙（Classic Bluetooth）阶段：从蓝牙1．0到蓝牙3．0\t（2）
1．2．1　第一代蓝牙：关于蓝牙早期的探索\t（2）
1．2．2　第二代蓝牙：蓝牙进入实用阶段\t（3）
1．2．3　第三代蓝牙：高速蓝牙，传输速率可高达24 Mbps\t（3）
1．3　低功耗蓝牙与经典蓝牙并存的阶段：从蓝牙4．0开始\t（3）
1．3．1　为什么会出现低功耗蓝牙\t（3）
1．3．2　低功耗蓝牙的起源\t（3）
1．3．3　低功耗蓝牙与可穿戴设备的发展\t（4）
1．4　低功耗蓝牙的物联网阶段：从低功耗蓝牙5．0开始\t（5）
1．4．1　低功耗蓝牙5．0简介\t（5）
1．4．2　低功耗蓝牙5．1简介\t（6）
1．4．3　低功耗蓝牙5．2简介\t（7）
1．4．4　低功耗蓝牙5．3简介\t（8）
1．5　ZigBee、Thread、CHIP、Matter和CSA简介\t（11）
1．5．1　ZigBee简介\t（12）
1．5．2　Thread简介\t（13）
1．5．3　CHIP简介\t（14）
1．5．4　Matter简介\t（15）
1．5．5　CSA简介\t（17）
第2章　低功耗蓝牙5．1与AoA/AoD定位\t（19）
2．1　无线测向与AoA/AoD定位\t（19）
2．2　AoA方法和AoD方法的测量原理\t（20）
2．3　相位测量的基本概念\t（20）
2．4　基于CTE信号的相位差检测原理\t（21）
2．5　到达角和离开角的计算\t（22）
2．6　天线阵列简介\t（24）
2．7　基于AoA方法和AoD方法的定位系统架构\t（24）
2．8　基于低功耗蓝牙5．1的AoA/AoD定位技术的挑战\t（25）
2．9　基于低功耗蓝牙5．1的AoA/AoD精准定位的应用场景\t（26）
第3章　低功耗蓝牙5．2与LE音频\t（27）
3．1　低功耗蓝牙5．2的新特性\t（27）
3．2　更佳音质、更低功耗与更多创新功能的LE音频\t（31）
3．3　LE音频的应用场景\t（32）
3．3．1　应用场景一：真无线立体声（TWS）耳机\t（32）
3．3．2　应用场景二：广播音频与音频分享\t（33）
3．3．3　应用场景三：听力辅助\t（33）
3．3．4　应用场景四：多语言的实时翻译\t（34）
3．4　为什么LE音频具有更高的音质和更低的功耗\t（34）
3．5　LE音频为行业提供的解决方案\t（35）
第4章　Nordic的无线多协议SoC芯片nRF5340\t（37）
4．1　无线多协议SoC芯片\t（37）
4．1．1　无线多协议SoC芯片简介\t（37）
4．1．2　无线多协议SoC芯片的未来发展路线图\t（37）
4．2　nRF5340的主要规格参数\t（38）
4．2．1　nRF5340简介\t（38）
4．2．2　nRF5340的主要特性\t（40）
4．3　nRF5340的硬件主要参数\t（41）
4．4　nRF5340的开发工具\t（42）
4．4．1　nRF Connect SDK软件开发平台\t（42）
4．4．2　nRF5340 DK开发板（Development Kit）\t（42）
4．5　本章小结\t（47）
第5章　nRF5340的硬件系统设计\t（49）
5．1　实验目标\t（49）
5．2　nRF5340硬件最小系统的电路设计\t（49）
5．2．1　nRF5340的供电模式及其稳压方式\t（51）
5．2．2　nRF5340的时钟电路\t（52）
5．2．3　nRF5340的天线匹配电路\t（54）
5．2．4　去耦电容的放置要求\t（54）
5．2．5　USB电路（可选）\t（54）
5．2．6　NFC电路（可选）\t（54）
5．3　nRF5340的硬件电路设计注意事项\t（56）
5．3．1　nRF5340的PCB设计布局指南\t（56）
5．3．2　nRF5340的PCB电源走线设计指南\t（56）
5．3．3　电源去耦电容的布局要求\t（57）
5．3．4　PCB铺地设计指南\t（57）
5．3．5　晶振电路的走线设计指南\t（57）
5．3．6　天线匹配电路的布局设计指南\t（58）
5．4　PTR9840模块简介\t（59）
5．4．1　PTR9840模块的使用说明\t（60）
5．4．2　APTR-xxx-EVB无线多协议模块评估板\t（60）
5．5　本章小结\t（61）
第6章　NCS平台的搭建\t（63）
6．1　NCS平台介绍\t（63）
6．2　Zephyr是什么\t（64）
6．3　NCS平台的搭建\t（66）
6．3．1　NCS平台的下载安装\t（66）
6．3．2　SES嵌入式集成开发环境的搭建\t（70）
6．3．3　west命令行工具的安装\t（72）
6．3．4　工程示例\t（72）
6．4　NCS平台的结构\t（77）
6．4．1　文件目录\t（77）
6．4．2　API函数的目录\t（77）
6．4．3　编译后的目录结构\t（78）
6．5　NCS平台的配置介绍\t（78）
6．5．1　NCS平台的配置工具\t（78）
6．5．2　NCS平台的工程配置\t（78）
6．6　本章小结\t（85）
第7章　nRF5340双核处理器之间的通信\t（87）
7．1　背景知识\t（87）
7．1．1　nRF5340简介\t（87）
7．1．2　应用核处理器与网络核处理器的通信\t（88）
7．1．3　多核处理器通信的桥梁IPC外设\t（88）
7．2　实验目标\t（90）
7．3　实验准备\t（90）
7．4　实验步骤\t（90）
7．4．1　创建工程\t（90）
7．4．2　修改配置文件\t（90）
7．4．3　网络核处理器与应用核处理器工程的编译及烧录\t（93）
7．4．4　网络核处理器与应用核处理器的通信\t（94）
7．4．5　网络核处理器与应用核处理器通过IPC外设进行通信的流程\t（95）
7．5　本章小结\t（95）
第8章　nRF5340低功耗蓝牙透传应用例程\t（97）
8．1　背景知识\t（97）
8．2　实验目标\t（98）
8．3　实验准备\t（98）
8．4　低功耗蓝牙透传实验步骤\t（99）
8．4．1　低功耗蓝牙从机透传例程（peripheral_uart）的实现\t（99）
8．4．2　低功耗蓝牙主机透传例程（central_uart）的实现\t（104）
8．5　本章小结\t（108）
第9章　OpenThread协议栈应用例程\t（109）
9．1　背景知识\t（109）
9．1．1　Thread协议概述\t（109）
9．1．2　OpenThread协议栈概述\t（111）
9．1．3　NCS平台中的Thread测试例程\t（111）
9．2　实验目标\t（112）
9．3　实验准备\t（112）
9．4　实验步骤\t（112）
9．4．1　编译烧录程序\t（113）
9．4．2　打开两个串口调试助手\t（113）
9．4．3　在串口调试助手中输入调试命令\t（113）
9．5　本章小结\t（116）
第10章　Matter协议应用例程\t（117）
10．1　背景知识\t（117）
10．1．1　Matter协议的意义\t（117）
10．1．2　Matter协议的目标和原则\t（117）
10．1．3　Matter协议的架构\t（117）
10．2　实验目标\t（118）
10．3　实验准备\t（118）
10．4　实验步骤\t（118）
10．4．1　测试准备\t（119）
10．4．2　测试过程\t（120）
10．5　本章小结\t（125）
第11章　物联网原型开发平台Thingy：53\t（127）
11．1　背景知识\t（127）
11．2　在Thingy：53上运行Nordic的配套SDK\t（128）
11．2．1　通过低功耗蓝牙无线OTA下载固件\t（129）
11．2．2　通过USB下载固件\t（131）
11．2．3　通过外部J-Link下载固件\t（133）
11．3　功能展示\t（135）
11．3．1　实验准备\t（135）
11．3．2　实验步骤\t（135）
11．4　本章小结\t（140）
第12章　基于nRF5340低功耗蓝牙的固件空中升级\t（141）
12．1　背景知识\t（141）
12．1．1　MCUboot简介\t（141）
12．1．2　基于单核SoC芯片与双核SoC芯片的固件升级区别\t（143）
12．1．3　Bootloader简介\t（143）
12．1．4　nRF5340网络核处理器Bootloader与MCUboot通信\t（143）
12．1．5　NCS平台中固件升级服务――SMP服务\t（143）
12．2　实验目标\t（144）
12．3　实验准备\t（144）
12．4　实验原理\t（144）
12．4．1　nRF5340双核处理器的固件升级架构\t（144）
12．4．2　基于nRF5340低功耗蓝牙的固件空中升级流程\t（145）
12．5　实验步骤\t（147）
12．5．1　应用核处理器的固件空中升级\t（147）
12．5．2　网络核处理器的固件空中升级\t（150）
12．6　本章小结\t（153）
第13章　nRF5340的DTM测试\t（155）
13．1　背景知识\t（155）
13．1．1　什么是DTM测试\t（155）
13．1．2　DTM的测试架构\t（156）
13．1．3　DTM的主要测试参数及测试内容\t（156）
13．1．4　DTM的测试流程\t（156）
13．2　实验目标\t（158）
13．3　实验准备\t（158）
13．4　实验步骤\t（158）
13．4．1　DTM测试程序的参数设置\t（158）
13．4．2　DTM测试程序的构建和运行\t（159）
13．4．3　修改UART接口的引脚定义\t（161）
13．4．4　与DTM测试配套的上位机软件\t（161）
13．4．5　DTM的实际测试\t（162）
13．5　本章小结\t（163）
第14章　nRF5340的编程烧录工具\t（165）
14．1　背景知识\t（165）
14．2　实验目标\t（167）
14．3　实验准备\t（167）
14．4　nRF5340双核处理器的固件烧录\t（167）
14．4．1　使用命令行工具nrfjprog进行在线烧录\t（167）
14．4．2　使用命令行工具west进行在线烧录\t（168）
14．4．3　使用SES进行烧录\t（169）
14．5　nRF5340的离线烧录\t（170）
14．5．1　高速脱机烧录器xProg-nRFpro的功能\t（170）
14．5．2　高速脱机烧录器xProg-nRFpro的使用\t（170）
14．5．3　nRF5340的使用步骤\t（173）
14．6　本章小结\t（175）
第15章　长距离通信扩展及低功耗电源管理\t（177）
15．1　背景知识\t（177）
15．2　2．4 GHz的射频前端组件nRF21540\t（178）
15．2．1　nRF21540简介\t（178）
15．2．2　nRF21540的主要性能\t（178）
15．2．3　nRF21540 EK评估板\t（179）
15．2．4　nRF21540 DK开发板\t（180）
15．2．5　nRF21540的使用与时序控制\t（181）
15．2．6　NCS平台中nRF21540驱动程序的使用\t（185）
15．2．7　不同协议对无线电设备发射功率的要求与限制\t（186）
15．3　电源管理芯片nPM1100\t（187）
15．3．1　nPM1100的功能简介\t（187）
15．3．2　nPM1100的主要性能\t（188）
15．3．3　nPM1100的主要特点\t（188）
15．3．4　nPM1100 EK评估板的使用方法\t（189）
15．3．5　nPM1100的硬件参考设计\t（193）
15．4　本章小结\t（194）
第16章　低功耗蓝牙协议的分析\t（195）
16．1　背景知识\t（195）
16．2　实验目标\t（195）
16．3　nRF Sniffer的环境搭建\t（195）
16．3．1　Wireshark简介\t（196）
16．3．2　nRF Sniffer的安装\t（199）
16．3．3　运行nRF Sniffer\t（203）
16．4　nRF Sniffer的使用\t（205）
16．4．1　使用多个硬件接口进行抓包\t（207）
16．4．2　通过Wireshark剖析捕获到的数据包\t（208）
16．4．3　常用抓包操作\t（210）
16．5　nRF Sniffer的抓包示例\t（211）
16．5．1　通过nRF Sniffer捕获连接的数据包\t（211）
16．5．2　常用的数据包类型\t（213）
16．6　Ellisys Bluetooth Tracker的使用\t（218）
16．6．1　Ellisys Bluetooth Tracker简介\t（218）
16．6．2　Ellisys Bluetooth Tracker的使用示例\t（218）
16．7　本章小结\t（221）
第17章　低功耗的分析工具及使用\t（223）
17．1　背景知识\t（223）
17．2　实验目标\t（224）
17．3　PPK2的使用\t（224）
17．3．1　通过PPK2进行功耗测试\t（225）
17．3．2　例程peripheral_lbs的功耗测试\t（227）
17．4　N6705和14585A的使用\t（230）
17．4．1　N6705的使用\t（231）
17．4．2　14585A的使用\t（232）
17．4．3　通过N6705测试功耗的示例\t（235）
17．5　本章小结\t（240）
参考文献\t（241）