English | 中文

Table of Contents

• 1. Silicon Labs EFR32xG24产品介绍
  • 1.1. 产品概述
  • 1.2. 产品亮点
  • 1.3 蓝牙产品组合
• 2. Simplicity Studio v5介绍
• 3. 使用SSv5进行蓝牙应用开发
  • 3.1. 前提条件
    • 3.1.1. 硬件
    • 3.1.2. 软件
  • 3.2. 创建和配置蓝牙项目
    • 3.2.1. 创建一个SoC-Empty蓝牙项目
  • 3.3. Component 安装
• 4. 多设备Energy Profiler
• 5. 网络分析仪
  • 5.1. 抓取蓝牙数据包
  • 5.2. 分析蓝牙网络数据
    • 5.2.1. 建立连接的消息序列图
• 6. 附录

---

Silicon Labs EFR32xG24 是全球首款内置 AI/ML 硬件加速器的无线物联网 SoC，它适用于智能家居、医疗设备、工业应用和楼宇自动化等领域。Silicon Labs 全新的EFR32xG24 具有极高的能效和无线性能，已通过PSA Level 3安全性认证。凭借其高性能的2.4 GHz 射频、低电流消耗、AI/ML 硬件加速器和 Secure Vault 等关键功能，物联网设备制造商可以用它来创建智能、功能强大且节能的产品，同时强悍的安全性可以使其免受远程和本地网络攻击。EFR32xG24内部包含的Cortex®-M33，最高运行频率可达 78.0 MHz，它片上闪存高达 1536 kB，RAM最大为256 kB，这为无线软件协议及上层应用软件开发提供了大量的资源，同时也为产品的软件升级提供了足够的空间。

EFR32xG24 Wireless Gecko 系列 SoC 可为物联网设备提供安全、节能的多协议无线网络支持。在SoC上具有78 MHz ARM Cortex-M33 处理器、高性能的2.4 GHz无线电和AI/ML硬件加速器，可将机器学习算法的处理速度提高 10 倍，以有效减少Cortex-M33的工作量，从而显著降低系统整体功耗。EFR32xG24 支持多种2.4 GHz物联网无线协议，包括Proprietary、BLE、Bluetooth Mesh（EFR32BG24 和 EFR32MG24）以及 Zigbee、OpenThread、Matter 和动态多协议 (EFR32MG24)。

EFR32xG24 SoC 已通过PSA Level 3 安全认证。其专用安全引擎Secure Vault，提供高级安全功能，包括高级硬件加密、基于RTSL的安全启动、篡改检测和安全密钥管理。用户也可以使用 Silicon Labs 定制零件制造服务 (CPMS) 订购具有定制安全功能的 EFR32xG24 SoC。

综上所述，EFR32BG24无线SoC 是适用于智能家居、照明和便携式医疗设备的BLE无线连接的理想解决方案。

EFR32 Wireless Gecko 是一个高度集成、低功耗的无线片上系统 (SoC)，它具有丰富的MCU外设和高性能的无线电外设。下面是EFR32xG24 SoC的系统框图。

ARM® Cortex®-M33

• 78 MHz (FPU and DSP)
• TrustZone®
• 高达1536kB 的片上Flash
• 高达256kB 的片上RAM

高性能Radio

• 高达 +19.5 dBm 发射功率
• -97.6 dBm RX @ BLE 1 Mbps
• -105.7 dBm RX @ BLE 125 kbps
• -105.4 dBm RX @ 15.4
• Wi-Fi 共存
• RX 天线分集

Silicon Labs EFR32xG24 拥有高达 +19.5 dBm 的输出功率，和行业领先的接收灵敏度。
Silicon Labs 的managed Wi-Fi coexistence支持单线、两线和三线 PTA实现。并且可以协调蓝牙、802.15.4 和 Wi-Fi间的2.4 GHz射频资源。

低系统功耗

• 5.0 mA 发射电流 @ 0 dBm
• 19.1 mA 发射电流 @ +10 dBm
• 4.4 mA 接收电流 (BLE 1 Mbps)
• 5.1 mA 接收电流 (250 kbps 802.15.4)
• 33.4 µA/MHz
• 1.3 µA EM2，具有 16 kB RAM 和完整的 Radio RAM 保留，RTC 从 LFXO 或 LFRCO 运行

得益于Silicon Labs在IoT产品功耗方面的优势，EFR32xG24非常适合对系统功耗要求极高的产品。它提供有行业领先的功耗性能，在10 dBm发射功率下，发射电流仅为19.1 mA，在1 Mbps GFSK接收状态下，电流消耗为4.4 mA。与功耗仅为1.3uA的EM2状态相结合，可在有效降低系统功耗，延长电池寿命。

专用安全内核

• Secure Vault™ - 中/高

Silicon Labs EFR32xG24 SoC 提供具有行业领先安全功能的无线物联网连接，包括 Arm TrustZone 和 PSA Level 3的认证。依据不同的芯片型号及 Secure Element的实现，EFR32xG24 支持不同的 Secure Vault 级别。请参阅数据手册了解更多信息。

人工智能/机器学习

• AI/ML 硬件加速器 (MVP)

矩阵向量处理器 (MVP) 旨在从主处理器分担计算密集型数据处理运算，特别是复杂的矩阵浮点乘法和加法运算。同时，MVP 硬件支持到达角 (AoA)中的MUSIC（MUltiple SIgnal Classification）算法计算的加速，以及机器学习 (ML) 或线性代数等其他复杂计算加速。

低功耗外设

• EUSART, USART, I2C
• 20-bit ADC, 12-bit VDAC, ACMP
• 精度为+/- 1.5°C 温度传感器
• 时钟精度达到500ppm的32kHz PLFRCO

EFR32xG24 SoC上包含有完整的数字及高性能的模拟外设，可以使用该SoC来开发完整的IoT应用程序。
EFR32xG24 提供有高精度 ADC，特定的器件可以支持20 位高精度模式（16 位 ENOB）。无需外部ADC，即可对微弱信号进行精准测量。此功能非常适合用于需要测量人体生命体征信号的医疗应用。
在精准模式下，SoC所集成的低频 (32.768 kHz) RC 振荡器（LFRCO），使硬件能够在温度变化时根据 HFXO 晶体频率定期重新校准，以提供精度为 +/-500 ppm 的32.768 kHz时钟源。

无论你是为智能家居、医疗应用还是工业应用开发物联网产品，Silicon Labs都拥有最为完整的蓝牙产品组合之一。我们丰富的蓝牙SoC和模组，再加上大量的开发工具，为强大、可靠和安全的蓝牙连接应用开发提供了一站式资源。

Simplicity Studio 是适用于Silicon Labs所有IoT技术、SoC和模组的统一开发环境。它使你能够快速访问IoT产品的所有文档和SDK资源、软件和硬件配置工具，以及符合行业标准的代码编辑器、编译器和调试器的集成开发环境 (IDE)。使用 Simplicity Studio，你还可以获得一整套用于无线网络分析和系统能耗分析的高级工具。
Simplicity Studio 免费为无线物联网开发人员提供最先进的开发工具集。

Energy Profiler
开发节能无线应用程序——逐行优化代码以实现低功耗。

Network Analyzer
加速无线网络故障排除——捕获系统中所传输的无线数据，并以用户可读的格式对其进行分析。

Simplicity Commander
可用于加密、烧录、签名和创建固件以及许多其他用途的重要工具。

Bluetooth GATT Configurator
为蓝牙应用创建和配置 GATT数据库。可在不同项目之间进行导入或导出数据库。同时，EFR Connect移动应用程序上也可以使用该数据库。

Bluetooth Mesh Configurator
为Bluetooth Mesh应用配置网络节点参数和model，并可以在不同项目之间导出和导入蓝牙mesh配置。

Radio Configurator
为proprietary应用程序配置无线电PHY参数。这使得用户可以完全自定义调制解调器，定义数据包前导码、同步字和其他选项，以满足他们的系统需求。

Bluetooth NCP Commander
用于控制 NCP target的图形化用户界面。你可以执行最常见的 BLE 功能（例如广播、扫描、连接、DTM 测试等）。同时，这也是一个可用于组建和配置蓝牙Mesh网络的工具。

Direction Finding Toolsuite
一套可视化的工具，可用于设置蓝牙定位系统。使用此工具集，你可以轻松构建和配置多定位器系统，系统将实时的报告tag的位置信息，以帮助你更快地启动和评估蓝牙测向解决方案。

为了改善开发者体验，Silicon Labs重新设计了Simplicity Studio的底层框架以及Gecko SDK开发套件的架构。Simplicity Studio 5中的所有项目现在都构建在基于组件的Gecko平台上。Simplicity Studio 5包含有项目配置工具，它可提供非常方便的软件组件管理、组件的可配置性和组件间的依赖性管理。

基于蓝牙SDK v3.0或更高版本中的蓝牙应用程序也具有这个新的软件架构，在新的SDK上，我们更新了蓝牙的API，并且完全重新设计了GATT 配置器。此外，现在可以在单独的头文件中对协议栈进行配置，并且可以使用组件编辑器将平台组件添加到项目中，而不需要手动复制和包含任何文件。借助于SSv5和最新的GSDK中基于组件的项目配置功能，将有效简化并缩短蓝牙开发流程。

在以下部分中，将展示如何使用EFR32BG24 Explorer Kit来创建新的蓝牙项目，并使用基于组件的配置器配置协议栈。然后将演示如何安装“iBeacon”组件来扩展示例项目的功能。

为了完成这部分，你需要提前准备：

EFR32xG24 Explorer Kit (EK2703A)
USB Type-C 线缆
WSTK BRD4001A 或 WSTK PRO BRD4002A（可选：使用Simplicity Studio中的energy profiler进行功耗分析）

Simplicity Studio v5
Gecko SDK Suite 4.1.1 或更高版本

从零开始来开发蓝牙应用程序非常困难，因此在蓝牙SDK中附带了许多涵盖最常见用例的演示项目和示例代码。在蓝牙应用程序开发中，最常用的参考示例是 SoC-Empty，本节将向你展示如何来使用示例应用程序创建蓝牙项目。

你可以从 Launcher Perspective中的不同位置来开始一个项目，我们建议从 File 菜单开始。

1. 使用 USB 线缆将 EFR32xG24 Explorer Kit连接到你的计算机。
2. 启动 Simplicity Studio v5 IDE。
3. 选择File >> New >> Silicon Labs Project Wizard。
4. 检查你的 SDK、IDE/toolchain，确保正确选择后单击“下一步”。

5. 在示例项目选择对话框中，过滤 Bluetooth 并选择 SoC-Empty，点击NEXT

6. 根据项目需要，重命名你的项目，并选择你希望通过链接到 SDK 还是将SDK内容全部复制到你的项目中。单击完成。

创建项目后，项目会自动打开readme选项卡。其他两个选项卡“GATT Configurator”和“Project Configurator”也会同时打开。

切换到 GATT Configurator。GATT Configurator 是一个简单易用的工具，可帮助你构建自己的 GATT 数据库，并在保存时自动将数据库结构转换为 C 代码。
例如，可以尝试将设备名称从默认的“Empty Example”修改为任何值，但是，请确保所设置的值长度与实际的设备名称长度相符合。

要编译你的项目，请单击 Simplicity IDE 上的编译按钮（锤子图标），它将编译项目并在项目文件夹中生成烧录文件。右键单击烧录文件并单击“Flash to Device”以将其烧录至设备中。

将应用程序烧录至你的设备后，你可以使用手机端的EFR Connect移动应用程序来扫描并找到蓝牙广播信号。
启动EFR Connect，点击Develop选项卡，然后点击蓝牙浏览器。按RSSI降序对扫描的设备进行排序，你将能够轻松找到设备。点击设备可获取其所提供的更多数据信息。

注意：从蓝牙 SDK 版本 2.7.0.0 开始，所有设备都必须加载 Gecko Bootloader 以使得应用程序可以正确运行。当你开始时，最简单的方法是烧录SDK中所包含的预编译的演示固件，这些演示固件中已经包含了Bootloader程序。当你重新烧录所编译的应用程序时，它会覆盖掉原有的演示固件，但Bootloader仍然存在。随后，你也可以构建自己的Bootloader程序，如UG266: Silicon Labs Gecko Bootloader User’s Guide （适用于 GSDK 3.2 及更低版本）或UG489: Silicon Labs Gecko Bootloader User’s Guide （适用于 GSDK 4.0 及更高版本）中所述.

如前面章节所述，从蓝牙 SDK v3.x 开始，所有的蓝牙应用项目都是基于Gecko Platform组件化的架构。用户可以通过 Simplicity Studio 的组件编辑器快速安装和配置软件特性和功能。组件安装过程中，Simplicity Studio将会自动完成如下操作：

1. 将对应的 SDK 文件从 SDK 文件夹复制到项目文件夹中。
2. 将指定组件的所有依赖项复制到项目文件夹中。
3. 将新的所包含目录添加到项目设置中。
4. 将配置文件复制到 /config 文件夹中。
5. 修改相应的自动生成文件，以将组件集成到应用程序中。

本节演示如何扩展设备功能以广播 iBeacon。iBeacon是Simplicity Studio的组件编辑器中可用的组件，可以完全集成到蓝牙应用程序中以自动执行特定的事件处理程序，而无需任何额外的代码。

要查看组件库，请单击项目的 .slcp 选项卡，然后单击Software Components。许多过滤器和关键字搜索可帮助你快速找到各种所需的组件。点击Bluetooth >> Application >> iBeacon >> Install，iBeacon组件将被安装，所有相关的源文件将自动添加到项目中。

编译应用程序将并将其烧录至设备，使用EFR Connect你将能够同时扫描到legacy广播及iBeacon。

EFR32xG24 Explorer Kit包括一个 mikroBUS™ 插座和 Qwiic® 连接器，因此用户可以使用来自 mikroE、sparkfun、AdaFruit 和 Seeed Studios 的大量现成的扩展板为套件添加新的功能。mikroBUS 插座允许插入通过 SPI、UART 或 I2C 与 EFR32BG24 所连接的 mikroBUS 扩展板进行通讯。Qwiic 连接器可用于通过I2C连接来自 Qwiic Connect System 的硬件。
Simplicity Studio v5以及最新的Gecko SDK提供了丰富的外设驱动组件（例如 I2CSPM、SPIDRV、UARTDRV），可以简化驱动外部组件的开发过程，以提高用户的开发效率。

多设备Energy Profiler是一个附加工具，你可以使用它实时测量设备在运行过程中的能耗。可以轻松找到峰值和平均电流消耗，并检测睡眠模式下的电流消耗。

需要注意的是，Dev Kit（例如 xG24-DK2601B）或 Explorer Kit（例如 xG24-EK2703A）并不支持能量分析，因为它们没有 AEM（高级能量监视器）电路，所以如果你想使用Energy profiler来对Dev Kit、Explorer Kit或用户设计板进行能量监测，则需要借助于额外的无线入门套件 (WSTK)主板，并将其设置为“DEBUG MODE: OUT”模式，为测试设备供电以进行电流测量。它们之间的连接器在AN958: Debugging and Programming Interfaces for Custom Designs中有详细说明，下图所示的 Mini Simplicity 10 针连接器可用于所有EFM32或EFR32开发板与被测板的连接。

如AN958中所述，使用 Silicon Labs调试适配器板 (BRD8010A) 是通过Mini Simplicity 10针连接器与Silicon Labs STK 或 WSTK 开发套件连接的最简单方式。

使用WSTK 主板 (BRD4001A) 时，需使用调试适配器板BRD8010A来使用Mini Simplicity连接器。如果使用 Wireless Pro Kit 主板 (BRD4002A)，请直接使用主板上的 Mini Simplicity 连接器。Wireless Pro Kit主板是Wireless Starter Kit主板的升级版本，它具有一些改进和附加功能，包括增加了AEM的测量范围和采样率、可变VMCU电压控制、操纵杆和 Mini Simplicity 连接器等。

注意：EFR32BG24的SDK中示例应用程序默认启用了EM2 调试功能（请参阅 init_mcu.c），它会增加了电流消耗开销，因此实际测量值会比datasheet中的电流数值稍高。你可以在“Device Init: EMU”组件中禁用 EM2 中的调试连接。

要对当前项目进行能耗分析，请单击菜单栏中的“Tools”并选择“Energy Profiler”或右键单击项目资源管理器视图中的 .slcp 文件并选择“Profile As >> Simplicity Energy Profiler Target”。这会自动编译你的项目，将其烧录至设备，然后启动 Energy Profiler，并切换到Energy Profiler视图。

以 SoC-iBeacon 项目为例，根据 SoC-iBeacon 应用程序的默认设置，Series 2 EFR32BG24 设备将使用DC-DC, 它每 100 ms 以 0 dBm TX 发射功率广播一个iBeacon，帧为 46 个八位字节.
下图显示了 913.08s 测量周期的平均电流消耗，你也可以通过单击并拖动鼠标来测量任何选定范围内的平均功耗。一旦选择了一个范围，就会显示一个浅灰色部分，该部分显示了所选区域的能量统计信息。
下面的黄色范围说明了我们在 EM2 模式下测量的电流消耗为 2.9uA。
注意：当前设备在EM2下，256 kB RAM 和完整的 Radio RAM中的所有内容将会保留，同时运行LFXO作为RTC的时钟源。

Silicon Labs 网络分析仪是一种免费的数据包捕获和调试工具，可用于调试各种短距离无线协议，如低功耗蓝牙、Zigbee、Proprietary等。

有了它，用户可以通过被称为数据包跟踪接口 (PTI) 的专用串行硬件接口来访问无线电收发器的数据缓冲区。PTI 是一个接口，可以直接访问无线电发射器/接收器帧控制器的串行数据，然后可以通过 USB 或以太网将 PTI 数据传输到运行 Simplicity Studio 的计算机。最后，网络分析仪可以结合时间戳信息对网络数据进行分析和显示。

Network Analyzer 通过图形化的界面来查看网络通讯数据、事件所持续时间等，可以显著地加快IoT无线应用程序的开发过程。

大多数 Silicon Labs 的开发套件，例如无线入门套件 (WSTK)、开发套件 (DK) 和Explorer Kit (EK)，都嵌入了 PTI 并可随时使用。如果在用户板上，PTI引脚已经通过调试接口连接至Silicon Labs 开发板，你同样可以使用网络分析仪来对其网络通讯进行分析。

Network Analyzer 可以从连接的适配器捕获数据，并支持实时或离线分析显示所抓取的网络通讯数据。

以下过程描述了如何在设备上启动网络分析仪来捕获数据：

1. 在 Preferences > Simplicity Studio > SDKs 中选择所需的 SDK。
2. 在 Preferences > Network Analyzer > Decoding > Stack Version 中，确保在解码首选项中添加了“Bluetooth Low Energy”。你也可以选择“auto-detecting decoder stack”，网络分析仪将自动捕获和解码不同协议栈的数据。
3. 连接到适配器

4. 开始捕获

5. BLE网络数据将在实时会话中显示

Bookmarks
书签可用于标记事件，它对于在巨大的网络数据文件中快速指向某个事件非常有用。你可以选择要添加书签的任何事件或事务，然后右键单击它并单击“Add bookmark...”，输入书签名称。

Set Zero-Time Anchor
时间戳是分析特定事件或事务时非常重要的信息，网络分析仪可以灵活的设置零时间锚点，它可以有效的帮助验证例如广播或连接时序（广告间隔、连接间隔等）。

选择特定事务或事件，右键单击以打开菜单，然后单击Set zero-time event anchor to this event。

Filters
网络分析仪将监控EFR32所接收/传输的所有数据包，因此用户需要使用过滤器来过滤他们感兴趣的事务和事件。
网络分析器支持使用内置或手动设置过滤器。对于手动过滤器，可以使用逻辑表达式组合多个过滤器：
• && - 与运算符 • || – 或运算符 或者，也可以使用以下条件对单个过滤器进行操作： • == - Equals • != - Not equal • |= - Contains

以下示例说明如何过滤 BLE 主设备“75 46 55 14 20 6B”和从设备“60 A4 23 C9 9D 1C”之间的事务。
(transaction.source == "60 A4 23 C9 9D 1C" && transaction.dest == "75 46 55 14 20 6B") || (transaction.dest == "60 A4 23 C9 9D 1C" && transaction.source == "75 46 55 14 20 6B")

本节介绍如何分析所捕获的低功耗蓝牙网络数据

以发起连接过程为例，主设备可以发起与广播设备的连接。下图是成功建立连接的消息序列，并在连接建立之后，两个设备间相互发送应用程序数据。(BLUETOOTH CORE SPECIFICATION Version 5.2 | Vol 6, Part D, 5.1 INITIATING A CONNECTION)

在时序图中，设备B正在发送广播包，设备 A 正在扫描以查找广播设备。连接发起方可以发送连接请求（CONNECT_IND PDU）来请求链路层进入连接状态。

如果广播设备从其所允许的连接发起方接收到包含其设备地址的 CONNECT_IND PDU，则链路层应退出广播状态并转换到peripheral角色中的连接状态。 如下图所示，在所抓取的网络数据中，连接发起方“75 46 55 14 20 6B”将 CONNECT_IND PDU 发送给广播设备“60 A4 23 C9 9D 1C”。

连接发起方在主广播信道上发送CONNECT_IND PDU后，其链路层将处于Connection状态。主机应在发送窗口内开始发送第一个数据包。广播设备在主广播信道上收到一个 CONNECT_IND PDU 后，其链路层也将处于 Connection 状态。从设备将开始侦听传输窗口内的第一个数据包。

在进入连接状态之后，将交换链路层参数信息，例如版本信息等（companyID、subVerNum、linkLayerVer）。主设备或从设备的链路层都可以通过发送 LL_VERSION_IND PDU 来启动此过程。如果链路层接收到 LL_VERSION_IND PDU 并且尚未发送 LL_VERSION_IND，则链路层应向对端设备发送 LL_VERSION_IND PDU。
当从对端设备接收到 LL_VERSION_IND PDU 时，该过程完成。

LL_VERSION_IND CtrData 由三个字段组成：

• VersNr 字段应包含蓝牙链路层规范的版本 (参见 Assigned Numbers ). 在EFR32xG24上使用Silicon Labs蓝牙 SDK v3.2.x 或更高版本，可支持蓝牙 5.3，因此版本为 0x0C。

• CompId 字段应包含蓝牙控制器制造商的公司标识符。

• SubVersNr 字段应包含蓝牙控制器的唯一标识符。

Simplicity Studio® 5 User's Guide
QSG169: Bluetooth® Quick-Start Guide for SDK v3.x and Higher
UG533: EFR32xG24 Explorer Kit User's Guide
AN1317: Using Network Analyzer with Bluetooth® Low Energy and Mesh
Managing Coexistence Between Wi-Fi, Zigbee, Thread, and Bluetooth