Nordic nRF51/nRF52开发流程说明

Nordic nRF52系列包括nRF52832/nRF52840/nRF52810/nRF52811/nRF52833/nRF52820等芯片，nRF51系列包括nRF51822/nRF51422/nRF51802等芯片，开发者可以按照如下流程去评估和开发nRF52/51应用解决方案。

如果你英文比较好的话，建议直接阅读Nordic官方的“nRF5 Getting Started”：

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网页链接，介绍得非常详细，我下面的文章也是在该文基础上加工整理而得。

第1步：芯片选型评估，选择适合你的芯片型号。
1.1 粗略选型

首先大家可以快速浏览如下网页内容：低功耗蓝牙 - Nordic Semiconductor中文官网，以对Nordic每个芯片的最主要特性有个大致了解，下面为页面部分截图：

nrf52开发流程

上面是Nordic低功耗蓝牙产品横向对比页面，如果你需要看Nordic其他解决方案，比如Zigbee或者蜂窝网IoT，请参考如下页面：

nrf52开发流程

1.2 仔细查看芯片具体参数

这个主要通过查阅nRF51/52 spec来实现的。nRF52系列芯片都只有一份spec，spec包含了芯片外设模块功能概述，电气特性参数，应用参考电路，封装和订购信息等内容，请注意电气特性放在每一个外设模块章节的最后面。nRF51系列芯片共用同一份参考手册，同时不同的型号还有各自的一份独立数据spec。参考手册主要描述各外设模块的功能及原理，spec则具体罗列本型号的电气特性参数，应用参考电路，封装和订购信息等。Nordic有一个TechDocs，你需要的任何文档都可以在这里找到，链接为：Technical Documentation (nordicsemi.com)，界面如下所示。nRF52/51芯片spec就可以在此下载：nRF52840 (nordicsemi.com)。

nRF52开发流程

第2步：选择SDK版本号以及相应的协议栈类型和版本。
对于nRF51/nRF52开发，Nordic提供两套SDK：nRF5 SDK和nRF Connect SDK，一般来说，推荐使用nRF5 SDK。当然如果你要使用蓝牙，Thread，Matter，ZigBee，Homekit最新特性，那么就必须要使用nRF Connect SDK（nRF Connect SDK说明请参考：开发你的第一个nRF Connect SDK(NCS)/Zephyr应用程序）。但对于大部分用户来说，这些新特性都是不需要的，下面还是以nRF5 SDK为例来讲解SDK选型。

推荐使用最新版的nRF5 SDK以及SDK自带的协议栈，nRF52系列产品开发推荐使用nRF5 SDK 17.1.0，nRF51系列产品开发推荐使用nRF5 SDK 12.3.0。nRF5 SDK开发环境搭建请参考：Nordic nRF5 SDK开发环境搭建(nRF51/nRF52芯片平台)。SDK官网下载地址为：

网页链接。至于协议栈，一般推荐SDK安装目录里面自带的协议栈，这个兼容性好，开发最简单。

大部分用户使用Nordic产品的时候都会使用Nordic协议栈，而协议栈是会占用一定的Flash，RAM以及某些外设模块的，大家评估的时候一定要把协议栈占用的资源扣除，然后再评估剩下的资源够不够用。而且开发Nordic产品的时候，经常需要跟协议栈打交道，因此强烈建议大家读一下协议栈spec，以大致了解Nordic协议栈的原理以及一些关键性能参数，如下为Nordic nRF52系列使用到的各种协议栈spec下载页面：

nRF52 开发流程

第3步：申请Nordic nRF52/51官方开发板（Development Kit，DK）
Nordic绝大多数例子都是在nRF51/52官方开发板上开发和测试的，手上有nRF51/52开发板将大大方便软件工程师的开发。nRF51/52开发板也可以作为参考板来排查用户板问题。在生产测试的时候，nRF51/52开发板还可以作为gold sample去测试用户板的射频性能是否合格。最后，nRF51/52开发板还带一块正版Jlink芯片，也就是说nRF51/52开发板本身就是一个Jlink烧写器，不仅可以用来烧写板子上的nRF51/52芯片，还可以用来烧写其他用户板上的Jlink芯片。一个正版Jlink烧写器在淘宝上售价为1000人民币左右，而Nordic nRF51/52开发板官方售价才39美金，正可谓“价格厚道，感动人心”。（PS：如果你拿到Nordic nRF51/52官方DK的话，你会发现Nordic DK做工是业界最好的，没有之一！）

nRF52832/nRF52810共用同一块开发板，编号为PCA10040，DK购买链接为：

网页链接。DK说明文档请参考TechDocs相关链接：Working with nRF52 Series (nordicsemi.com)，nRF52810额外开发说明文档链接：nRF52810 (nordicsemi.com)。
nRF52840开发板编号为PCA10056，DK购买链接为：

网页链接，DK说明文档请参考：nRF52840 DK (nordicsemi.com)。除了DK，nRF52840还有一个dongle也可以用来做开发，Dongle编号为PCA10059，购买链接为：

网页链接。说明文档：nRF52840 Dongle (nordicsemi.com)。
nRF51开发板编号为PCA10028，DK购买链接为：

网页链接，DK说明文档请参考：nRF51 DK (nordicsemi.com)。
第4步：电路设计
推荐直接按照nRF51/52 spec中的参考电路原理图和layout来设计自己的电路和布板，同时Nordic提供了实际的电路图和Gerber file，大家可以直接查看BOM清单，以及沿用里面的nRF5器件封装。

nRF52832/52810 DK电路图：

网页链接
nRF52840 DK电路图：

网页链接
nRF52840 Dongle电路图：

网页链接
nRF51 DK电路图：

网页链接
nRF52832参考电路：nRF52832
nRF52840参考电路：nRF52840
nRF52810参考电路：nRF52810
nRF52811参考电路：nRF52811
如果大家想深入理解蓝牙应用电路设计和布板的一些知识，可以参考Nordic提供的这个教程：

网页链接。

第5步：蓝牙射频性能调试
蓝牙射频性能最关键的三个影响因子：匹配电路调试，天线设计调试以及晶振选择，Nordic都有相应的指导文件。

5.1 匹配电路调试

请参考Nordic white paper 013：

网页链接

5.2 天线设计

请参考Nordic white paper 017：

网页链接

5.3 晶振选择

请参考Nordic white paper 015：

网页链接

所有white paper和application note都放在Infocenter如下地方：

网页链接以及

网页链接

第6步：电路图和layout review
Nordic或其代理商免费提供原理图和layout review服务，我们可以将原理图和layout提交给Nordic代理商或者Nordic Devzone进行审核。Devzone一般1到2个工作日就会给予你答复。Devzone提交电路图review的界面是长下面这个样子的：

nrf52流程开发

第7步：打板
如何贴片，Nordic也有相应的指导文件，目前Nordic芯片只有QFN，WLCSP和aQFN三种封装，相关贴片指导说明都放在application note中：

网页链接

第8步：射频性能测试
如果自己有专门的BLE测试设备，那么你可以自己来测试板子RF性能。如果你没有BLE测试设备，也没有关系，Nordic或其代理商免费提供BLE测试服务。只要把板子寄给Nordic代理商实验室，或者Nordic实验室，或者第三方实验室，比如R&S实验室，他们就能帮你完成BLE性能和符合性测试。你可以根据实验测试结果对板子进行二次整改。一般而言，专业的蓝牙测试设备都遵守DTM（Direct Test Mode）规范，所以设备端（nRF5端）只需下载DTM固件就可以与之通信并完成相关测试。Nordic每一版SDK都包含每颗芯片的DTM固件，建议大家使用SDK15.3.0里面的DTM程序，测试说明请参考：

网页链接。

另外，在这里推荐一种简单RF测试方法，即跟Nordic官方 DK进行通信距离比对测试。可以把SDK中的HRS（Heart Rate application）程序分别下载到Nordic DK和你的用户板中，然后分别连上手机，看看手机跟DK的通信距离有多远？再看看你的用户板跟手机通信距离有多远？如果两者差不多，说明你的用户板RF性能不错。HRS程序放在SDK目录：\examples\ble_peripheral\ble_app_hrs，测试说明见：

网页链接。

第9步：功耗测试
低功耗蓝牙应用一般都是用电池供电的，所以对功耗要求非常高。如何有效快速的测试nRF5的功耗，尤其是BLE各种应用场景下的功耗，就显得尤为重要。Nordic提供了一个在线的理论功耗计算工具：

网页链接，你只需输入你的蓝牙应用场景，该在线工具就可以自动算出这种场景下nRF5芯片的功耗大概为多少，网页截图如下所示：

nrf52流程

该工具的使用说明请参考：

网页链接。

除了这个在线的理论功耗计算工具，Nordic还提供了一块电流测试板：PPK（Power Profiler Kit），PPK可以用来实时测试用户板的VDD功耗，就像专业的电源测试工具或者示波器一样，PPK购买链接为：

网页链接， 使用说明请参考：

网页链接。

如果对BLE功耗测试原理感兴趣的话，可以参考如下两篇贴子：

网页链接和

网页链接

一般来说，测试BLE功耗时，nRF5可以下载HRS程序（关掉UART日志功能）或者power profiling程序，这2个程序都可以准确反应nRF5芯片的蓝牙功耗情况。Power profiling程序放在SDK目录：\examples\ble_peripheral\ble_app_pwr_profiling，测试说明见：

网页链接。HRS程序放在SDK目录：\examples\ble_peripheral\ble_app_hrs，测试说明见：

网页链接。

第10步：勘误表自查
勘误表（Errata或者PAN）内容一般都是关于软件开发注意事项的，软件出问题的时候或者正式量产之前，建议自查一下勘误表，以防踩到“坑”。请注意，虽然勘误表里面的条目很多，但真正跟你有关系的其实很少，原因有二：一勘误表里面的workaround已经集成到SDK里面，二错误出现的条件非常极端，你的应用不会有这种情况，所以不要被勘误表长长的列表给吓倒了。如果你使用的是最新版本的SDK和最新版本的芯片，一般而言，勘误表跟你无关，但如果你使用的是老版本SDK或者老版本芯片，那么就一定要自查勘误表了。

nRF52840勘误表：

网页链接
nRF52832勘误表：

网页链接
nRF52810勘误表：

网页链接
nRF52811勘误表：

网页链接
nRF51822勘误表：

网页链接
第11步（可选）：认证
根据产品需要，你可以去做BQB认证，SRRC认证，FCC认证，ETSI认证，环保测试等。Nordic产品本身已经通过了上述所有测试和认证，对用户来说，这些认证工作，更多的是一些文档工作。一般来说，推荐用户去选择一家专业的实验室或者第三方机构去做这些认证，这样可以保证通过而且不耽误项目进度。

Nordic提供了两套射频测试固件，一套是DTM测试代码，符合蓝牙DTM标准，位于目录：SDK安装目录\examples\dtm\direct_test_mode，具体说明请参考：

网页链接；一套是Radio test测试代码，用于直接测试各个射频通道物理性能，比如频偏等，位于目录：SDK安装目录\examples\peripheral\radio_test，具体说明请参考：

网页链接。BQB认证或者SRRC认证，一般推荐使用DTM代码。另外如果你需要测试2.4G丢包率，也推荐使用DTM代码，这个在量产测试的时候非常有用。当然，SRRC认证也可以使用radio test代码，radio test代码除了可以测试蓝牙和2.4G，还可以用来测试802.15.4的物理层，比较适合用来进行定频测试以及频偏测试等。

BQB认证分终端产品和底层component两种认证，做终端产品认证需要用到component认证证书，即QDID，大家可以到如下的蓝牙联盟官网查询Nordic所有认证产品的 QDID：

网页链接，在搜索框输入“Nordic Semiconductor ASA”，即可搜出Nordic所有QDID。