設(shè)計可穿戴設(shè)備

　　可穿戴設(shè)備制造商面臨的重要設(shè)計挑戰(zhàn)包括尺寸、能耗和用戶體驗。當(dāng)涉及可穿戴技術(shù)領(lǐng)域時，我們需要遵循一套完全不同于手機的全新設(shè)計規(guī)則。目前典型的可穿戴設(shè)備大致分為兩類：

　　? 基于低功耗、高性能 MCU 功能的設(shè)計

　　? 基于手機應(yīng)用處理功能的設(shè)計，類似于智能手機中的處理器

　　下表顯示了應(yīng)用的要求如何推動 MCU 或應(yīng)用處理器類型以及其所采用的 ARM Cortex?內(nèi)核的發(fā)展。

　　可穿戴應(yīng)用的要求

　　這兩類設(shè)備的性能和功能截然不同，與微控制器設(shè)計相比，基于手機應(yīng)用處理器的設(shè)計需要更高的操作點而且電池壽命也更短。

　　規(guī)格

　　如果我們仔細查看典型可穿戴設(shè)備并考慮設(shè)計限制因素，就會立刻發(fā)現(xiàn)面臨的第一個挑戰(zhàn)是規(guī)格?？纱┐髟O(shè)備需要外型小巧，不突兀。這對可用的 PCB 面積提出了嚴(yán)格的限制，要減少電池容量，功耗要求也非常有限。典型高端手機的電池容量大約為 3000 mAh，而手表的電池容量僅為 300 mAh。由于手表的電池容量是手機的十分之一，因此需要認真考慮節(jié)能要求，以最大限度地減少充電周期。現(xiàn)在的消費者習(xí)慣每天給他們的智能手機充電一次，但是對于可穿戴設(shè)備，消費者期望充電周期是每周一次或更長時間，理想狀態(tài)下，應(yīng)達到每個月充電一次。事實上，電池容量減少和充電周期縮短意味著，我們期望智能手表的可用電量僅為智能手機的五十分之一。通過芯片集成和高級封裝技術(shù)可滿足對小型尺寸的需求。飛思卡爾 Kinetis Cortex-M 系列內(nèi)核集成了存儲器、USB 等外設(shè)，以及觸摸傳感和模擬組件，以減少整體系統(tǒng)的尺寸。Kinetis MCU提供多種封裝，包括晶圓級芯片封裝 （WLCSP），在最小的尺寸中提供最大的性能。

　　功耗

　　基于 Android 的可穿戴設(shè)備有硬件系統(tǒng)要求，限制了微控制器一些功能的使用。對于這些設(shè)備，設(shè)計人員需要的處理器要能夠支持存儲器可視化等功能、圖形支持，并增加 CPU 帶寬。調(diào)整基于 Cortex-A 的處理器（例如 i.MX 應(yīng)用處理器）使之適應(yīng)可穿戴設(shè)備的低功耗需求至關(guān)重要。比傳統(tǒng)的手機處理器更低的時鐘速率（例如500 MHz 對 1 GHz），可實現(xiàn)最佳的功耗/性能平衡，能夠根據(jù)應(yīng)用來優(yōu)化裝置的核心配置（例如更小的緩沖存儲器和低功耗處理節(jié)點）。

　　查看智能手表的使用情況時，我們知道80% 的時間里它都處于睡眠模式，僅僅監(jiān)測捕獲環(huán)境數(shù)據(jù)的傳感器，偶爾刷新顯示屏。用戶查看屏幕獲取更新數(shù)據(jù)而不是像其與智能手機那樣互動，用戶與智能手表的交互通常較低。

　　用戶體驗

　　可穿戴設(shè)備的可用性高度依賴人與設(shè)備交互的方式，而交互界面決定了用戶體驗的階段。要提供這種體驗，需要考慮的設(shè)計要素包括：顯示或無顯示，連接類型、充電方法和頻率，以及整體風(fēng)格。

　　實現(xiàn)這些考慮要素的一個重要環(huán)節(jié)是軟件。設(shè)備應(yīng)運行哪類操作系統(tǒng)？Android 或 Linux 等完整的操作系統(tǒng)增強了圖形功能，提供了更廣泛的連接選項和更簡單的可擴展性，從而可提供更多功能。然而，這些功能還會影響規(guī)格、電池壽命和成本，因為它們需要應(yīng)用處理器級的設(shè)備來實現(xiàn)。實時操作系統(tǒng)能夠在更小的規(guī)格中實現(xiàn)，充分利用帶有嵌入式存儲器的微控制器來減小尺寸，延長電池壽命，并降低成本。要在圖形處理能力、整體性能和未來功能支持選項之間進行權(quán)衡?？纱┐髟O(shè)備開發(fā)人員在決定最終產(chǎn)品的架構(gòu)之前需要詢問許多問題并進行權(quán)衡分析。

　　支持創(chuàng)新者

　　進入可穿戴參考平臺，簡稱WaRP。該參考平臺采用混合方法推動可穿戴設(shè)備設(shè)計，幫助解決這些規(guī)格和功耗設(shè)計挑戰(zhàn)。通過加速和簡化開發(fā)，開發(fā)人員能夠?qū)Ｗ⒂诖蛟觳町惢奶匦?，并加快從原型到最終產(chǎn)品的過程。

　　該平臺包含一個主板和示例子板，能夠針對不同的使用模式添加額外的子板。該混合架構(gòu)將基于 Cortex-M 內(nèi)核的 Kinetis KL16 MCU 與基于 Cortex-A 內(nèi)核的 i.MX 6SoloLite 應(yīng)用處理器相結(jié)合。這樣，MCU 能夠管理傳感器數(shù)據(jù)，而應(yīng)用處理器能夠在省電模式下待機，從而實現(xiàn)省電和延長電池使用壽命的目的。Kinetis MCU 還被用作無線充電微控制器。WaRPboard 中的所有組件都根據(jù)低功耗、小規(guī)格和成本等標(biāo)準(zhǔn)進行選擇。

　　帶標(biāo)準(zhǔn)子板的可穿戴參考平臺（WaRP）

　　WaRPboard 是可穿戴市場各大擁有先進技術(shù)和豐富經(jīng)驗的公司之間開展合作所產(chǎn)生的成果。飛思卡爾作為支持技術(shù)提供商，為 WaRPboard 提供微控制器、應(yīng)用處理器、傳感器和無線充電技術(shù)。幾家其他公司提供硬件和軟件開發(fā)以及制造專業(yè)知識。WaRP 上采用標(biāo)準(zhǔn)的 Android SDK 方法來進行實施，讓軟件開發(fā)人員能夠更簡便、更快速地運行他們的應(yīng)用。

　　WaRPboard.org 是一個非營利性、以社區(qū)為主體的組織，提供 WaRP 服務(wù)和支持。該解決方案的硬件和軟件將是開源的，并由社區(qū)推動，因此當(dāng)與開源資源配套使用時無需封閉的開發(fā)工具或許可費。

　　WaRPboard 具有緊湊的設(shè)計、優(yōu)化的電池壽命和電池管理、可擴展的架構(gòu)、可產(chǎn)品化的設(shè)計，以及基于開源和社區(qū)的創(chuàng)新，這些優(yōu)勢使可穿戴設(shè)備設(shè)計人員自然而然地首先選擇WaRPboard。

　　總結(jié)

　　可穿戴設(shè)備的未來潛力無限。如果能將移動技術(shù)與以個人用戶為中心的體驗相結(jié)合，就將最終打開這個令人興奮且快速發(fā)展的市場。無論您使用可穿戴設(shè)備來監(jiān)測健身活動，獲得情境感知告警和提醒，還是監(jiān)測您的健康狀況，可穿戴技術(shù)都潛力無限。

　　如本文所述，能將超低功耗設(shè)計與一直開啟、一直連接的功能相結(jié)合是一個關(guān)鍵要求。延長可穿戴設(shè)備的電池壽命，減少充電需求，并盡量縮小其規(guī)格使其體積小巧、不突兀是目前業(yè)界面臨的主要設(shè)計挑戰(zhàn)。

　　ARM 和飛思卡爾正在攜手滿足這些市場需求，共同推動可穿戴技術(shù)革命。ARM Cortex 32位內(nèi)核能夠滿足可穿戴領(lǐng)域“眾口難調(diào)”的需求，帶來無與倫比的、廣泛的開發(fā)人員生態(tài)合作體系，這是推動創(chuàng)新的一個重要環(huán)節(jié)。飛思卡爾 Kinetis MCU 和 i.MX 應(yīng)用處理器是滿足可穿戴市場需求的理想選擇，現(xiàn)已有許多精彩設(shè)計應(yīng)運而生。

　　可以肯定的是，可穿戴設(shè)計領(lǐng)域?qū)⒂楷F(xiàn)出許多令人興奮的創(chuàng)新，ARM 和飛思卡爾正在孜孜不倦地合作，旨在實現(xiàn)更多、更新的可穿戴設(shè)備。

　　-------------

　　欲深入探討可穿戴設(shè)備等智能硬件的設(shè)計奧秘，可進入《智能硬件特刊》頁面免費下載瀏覽！

?