最近，MCU又开始新一轮的竞赛，这次竞赛的目标是蓝牙5.4。
不知道你有没有在超市中看到过电子价签，虽然国内普及率不到3%，但在国外已经达到60%。想要更好的控制这些电子价签，就要把蓝牙升级到5.4。不止如此，相比过去版本，蓝牙5.4能为工程师设计带来许多想象。一个围绕蓝牙的战事，正式打响。
蓝牙5.4，很有趣 
2023年，蓝牙正式公布5.4，主要有4点新特性：- 带应答的定期广播（PAwR） ：是一种新的低功耗蓝牙 (LE) 逻传输，提供多达32640台设备的大规模一对多拓扑中执行节能、双向通信的方法，设备也可以分配给组允许他们只收听组的传输，电子货架标签 ( ESL)配置文件也在这部分规范中定义加密；
- 可加密的广播数据（EAD）：蓝牙设备经常使用广播、扫描响应包或者经典蓝牙EIR包来发送应用数据，所以对广播数据进行加密是很有必要的。这项新功能为在广播数据包中安全广播数据提供了一种标准化方法主要好处是它允许对通过带有响应的定期广播共享的数据进行加密；
- GATT安全等级特征（SLC）：设备现在可以使用GATT（普通属性协议）新增的安全等级特征（SLC）来表示设备的安全模式和安全等级；
- 动态广播编码选择（CSSA ）：当发送BLE扩展广播的时候，可以选择使用哪种Codec编码方式来发送。
其中，最有亮点的功能在于带响应的周期性广播（PAwR），它让一对多管理更方便了。应用方面，蓝牙ESL电子价签迎来一拨利好，也让未来工业物联网一对多的管理更方便。这个技术有两个亮点：一是蓝牙一直无法在无连接模式下实现应用数据的双向通信，PAwR实现了这一点；二是能够支持更多的一对多，提供了一种在多达32640台设备的大规模一对多拓扑中执行节能、双向通信的方法。乍一看，好像没什么大不了，不过在应用中，可就方便且有趣多了。比如说，如何使用同一个API处理100/1000/10000个设备？在过去，传统的蓝牙广播数据在三个广播信道上进行轮流发送。蓝牙广播有一个广播间隔的参数advInterval ，为了避免和其它相同广播间隔的广播设备冲突，广播中引入了一个advDelay的参数，该参数是一个0-10ms的随机值，每次广播完一次数据后，都会在广播间隔advInterval的基础上再延时advDelay。所以，这样来看，会有两种可行方案：第一种可行方案就是让所有的tag都处在监听状态，也就是说把所有tag都扫描一遍遍。当然，这样简单粗暴方法，是个“傻方法”，我们不知道下一条信息什么时候会发送，所以每个标签都要处在实时的监听状态，所以肯定不可能做到低功耗。第二种可行方案就是分组，让网关做一个周期性广播，分发到每个组的tag上。不过，这种方法也有问题，一方面，这是单向的广播，tag无法应答网关；另一方面，分了组，就意味着每个组都监听了同一个数据包，限制了寻址的标签数量，与此同时，如果PA间隔设置为2秒，接入点只能每两秒与标签进行通信，多数时候它什么也没做。有了蓝牙5.4的PAwR就不一样了，PAwR是通过一个一个的时间槽，周期性发送应用数据包，PAwR只需要在特定的时间段进行扫描，大大降低了设备的功耗。大概用人话解释，就是分层了，不用所有的组都处于监听状态。总结一下，就是解决了之前蓝牙无法解决的一对多的场景问题，同时在管理一对多的时候，有更好的拓扑，有更低的功耗，非常灵活简单。
MCU厂商开始发力
从蓝牙5.4面世开始，厂商陆续推出相关产品，其中包括我们熟知的沁恒、乐鑫、Nordic、英飞凌和ST。2023年3月，沁恒推出的CH592是基于青棵RISC-V内核设计的蓝牙无线MCU，内部集成2Mbps的BLE5.4，支持20*4式LCD驱动，支持USBHost主机及USB Device设备功能，提供PWM、SPI、I2C、4组串口、RTC、12位ADC、12路Touchkey触摸按键检测模块等，采用低功耗射频工艺设计，定位于更低功耗、更低成本LCD显示的蓝牙应用。2023年4月，Nordic推出nRF54系列，支持蓝牙5.4和未来的蓝牙新规范，以及LE Audio、蓝牙mesh、Thread、Matter等等，这款产品将会成为新一轮革新性物联网终端产品的基础，它具备先进功能组合，能够实现以前不可行的复杂终端产品功能需求。Nordic非常积极地推进电子标签这一应用，曾在去年10月与深圳云里物里科技合作推出电子货架标签，展示相关用例。2023年4月，英飞凌科宣布，AIROC™ CYW20829低功耗蓝牙系统级芯片（SoC）将支持最新的蓝牙5.4规范。凭借其低功耗与高性能完美结合，AIROC™ CYW20829可支持完整的低功耗蓝牙（LE）用例，包括智能家居、传感器、医疗看护、照明、蓝牙mesh网络、远程控制、人机交互设备（鼠标、键盘、虚拟现实和游戏控制器）、工业自动化以及汽车等。2023年11月，英飞凌推出AIROC™ CYW5551x Wi-Fi 6/6E和蓝牙5.4二合一解决方案，进一步扩展其AIROC™产品阵容。这个多功能的产品系列能够提供安全可靠且超越一般标准的1x1 Wi-Fi 6/6E（802.11ax）连接以及先进的超低功耗蓝牙（BT）连接。经过优化的双频Wi-Fi 6解决方案CYW55512和三频Wi-Fi 6/6E解决方案CYW55513均采用节能设计，适用于智能家居、工业、可穿戴设备及其他小型物联网应用。2024年3月，ST推出STM32WBA5系列微控制器，在无线连接方面，STM32WBA5系列整合了蓝牙5.4低功耗（BLE）、Zigbee、Thread和Matter等多种网络协议，实现了与各类物联网设备的并发连接。同时，内置的2.4GHz无线电模块提供了高达+10dBm的射频输出功率，确保了远距离通信的可靠性。2024年4月，乐鑫推出ESP32-H4，继ESP32-H2后进一步丰富了公司的802.15.4和 Bluetooth LE产品矩阵。这款融合了802.15.4和Bluetooth 5.4 (LE) 技术的新一代SoC在功耗、连接性能和内存扩展能力方面均进行了显著升级，能够满足市场对低功耗无线设备日益增长的需求。ESP32-H4的推出也标志着乐鑫在自研低功耗蓝牙芯片领域的重大技术突破，从以支持Bluetooth 5.0功能为主的芯片，升级到蓝牙的最新版本Bluetooth 5.4。
新的竞赛，即将到来？
对于工程师来说，蓝牙5.4意味着什么？一位工程师认为，蓝牙没必要追求最新的协议栈，就是正常就好，对于产品，需要有一个测试稳定性的过程，而不是一味的追求最新的版本，是一个市场整体迭代升级的过程。不过，工程师已经关注到了蓝牙5.4，寻觅最新产品。对厂商来说，更快抓住市场机遇，才能有更大市场。而最近一段时间，厂商正在更加紧锣密鼓地升级自己的MCU产品，可以预见，不久市场也将开始拥抱新技术。
[1] Nordic：https://www.nordicsemi.cn/news/why-is-bluetooth-5-4-interesting/[2] Nordic：https://mp.weixin.qq.com/s/ZxyQIRgbyYzMdwil1U9KIw[3] 英飞凌：https://mp.weixin.qq.com/s/mJyOrYgL-jhcH484WLsEnA[4] 英飞凌：https://mp.weixin.qq.com/s/YlBwiWBmvt7v_orRxScz7g[5] 英飞凌：https://www.infineon.com/cms/cn/about-infineon/press/market-news/2023/INFCSS202303-086.html[6] 乐鑫：https://mp.weixin.qq.com/s/5iMy7v_m4mqHRauYy9ddeg
