單片機開(kāi)發(fā)設計可穿戴設備的7條規則

2021-01-04

過(guò)去的一年無(wú)疑是半導體行業(yè)激動(dòng)人心的時(shí)刻。由于最近對新產(chǎn)品的興趣和需求增加，硅公司之間的共同熱情一直在上升，這些新產(chǎn)品可以補充通?；谥悄苁謾C和平板電腦的移動(dòng)體驗。

造成這種現象的主要原因是可穿戴技術(shù)。諸如衣物，眼鏡，珠寶和手表之類(lèi)的熟悉物品都配備了傳感器，處理器和顯示器-這些以前在這些日常物品中都找不到的技術(shù)。這個(gè)市場(chǎng)的潛力非?？捎^(guān)。

因此，如果可穿戴設備成為每個(gè)人都熱衷的東西，為什么似乎很少有公司真正知道如何設計它們呢？本指南概述了在設計下一代可穿戴技術(shù)時(shí)如何解決可穿戴設備市場(chǎng)面臨的當前問(wèn)題。

規則1：擴充，請勿復制

可穿戴設備的一個(gè)重要方面是用戶(hù)體驗和界面?？纱┐髟O備的界面設計應基于消費者的使用方式，而不是基于復制智能手機或平板電腦的體驗。

即使使用流行的，現成的操作系統（如Android）聽(tīng)起來(lái)像是對帶有屏幕的設備的快速便捷的修復，還是最好設計一個(gè)定制的，完全皮膚化的界面，以適合微型顯示表面的范圍。

更重要的是，可穿戴設備應該增加其他移動(dòng)設備，而不是嘗試替代其功能（部分）。嘗試使用清單方法填充功能會(huì )導致用戶(hù)很快放棄的功率不足的設備。

相反，設計人員應專(zhuān)注于優(yōu)化用戶(hù)和機器界面，以確?？纱┐髟O備與其他移動(dòng)設備一起良好工作。

規則2：設計，請勿重復使用

每個(gè)工程師都聽(tīng)說(shuō)過(guò)“設計和重用”方法。但是，該原理僅適用于已證明可以通用的設備?？纱┐髟O備并非如此。

即使可穿戴設備是移動(dòng)設備的核心，它們對智能手機和平板電腦也有不同且特定的要求（稍后會(huì )詳細介紹）。

在所有可穿戴設備（智能手表，智能眼鏡，智能腕帶等）上重復使用移動(dòng)SoC是不可持續的，這不僅是因為這些設備的形狀和尺寸各不相同，而且主要是因為它們的功耗特性可能會(huì )發(fā)生根本性的變化。

就電池壽命而言，當今的可穿戴設備通常相差很大。當前大多數可穿戴健身設備通常應持續兩到三天，而這些設備應持續數周或數月。有報道稱(chēng)，一些智能手表的電池壽命不足一天。大多數消費者期望至少一個(gè)星期。人們對智能手機/平板電腦和可穿戴設備的期望不同，并且通常不會(huì )將充電方案納入這些超便攜設備的日常習慣中。

另外，如果應該將智能手表在白天用作常規手表，在晚上用作睡眠健康監控器，則用戶(hù)何時(shí)需要對其充電？

規則3：一種尺寸不適合所有尺寸

可穿戴設備具有不同的功能，并且需要特定類(lèi)型的SoC。如果要為智能設備創(chuàng )建計算平臺，則要考慮兩個(gè)主要類(lèi)別：

輸入可穿戴設備

輸入可穿戴設備是健身帶，心率監測器，睡眠監測器和近場(chǎng)通信（NFC）環(huán)等設備。它們本質(zhì)上是智能的，連接的傳感器，具有最少的顯示或沒(méi)有顯示的顯示，它們的功耗要求極低。它們的主要作用是收集原始數據，然后進(jìn)行過(guò)濾并將其發(fā)送到中央集線(xiàn)器，無(wú)論是移動(dòng)設備（智能手機或平板電腦）還是聯(lián)網(wǎng)家庭中的住宅網(wǎng)關(guān)。在集線(xiàn)器上，此數據被轉換為可用信息。然后，其他功能可以根據該信息啟用自動(dòng)操作或警報。

對于此類(lèi)別，必不可少的元素是設計盡可能低的電源連接。這些設備通常需要高性能的32位MCU類(lèi)處理器來(lái)進(jìn)行快速，高效的處理，理想情況下，它們是緊湊型，統一的MCU / MPU和DSP嵌入式處理器內核。設計人員還需要為基帶通信選擇解決方案。在一個(gè)小型的集成無(wú)線(xiàn)電解決方案中將Bluetooth LE（低能耗）與FM相結合，是超低功耗可穿戴應用的理想選擇。

根據應用領(lǐng)域，設計人員還可以包括專(zhuān)用硬件，以支持陀螺儀或運動(dòng)傳感器。

輸出可穿戴設備

輸出可穿戴設備是諸如智能手表或智能眼鏡之類(lèi)的設備，它們可以快速，輕松地快速訪(fǎng)問(wèn)即時(shí)信息。此信息通?？梢苑旁谝粋€(gè)小屏幕上，并且可以快速，實(shí)時(shí)地提供給用戶(hù)。輸出可穿戴設備旨在加速日常工作，并提供了一種與技術(shù)進(jìn)行交互的更直觀(guān)的方式。

在設計用于輸出可穿戴設備的芯片組時(shí)，設計人員需要確保SoC內部的每個(gè)處理器都得到盡可能有效的利用。在設計底層系統時(shí)，低功耗仍然是主要因素，但是重點(diǎn)應該放在創(chuàng )建通用平臺上，該平臺執行智能手機或平板電腦可能執行的部分任務(wù)。

可以通過(guò)將低功耗，高性能CPU與最小的可用OpenGL ES 3.0 / OpenCL GPU，支持H.264的硬件視頻轉碼器，可配置的OpenVX就緒ISP管道配對來(lái)設計此類(lèi)智能眼鏡平臺的示例，以及支持Wi-Fi 802.11n 1x1和藍牙的連接處理器。

規則四：永遠思考，低功耗思考

可穿戴設備的小尺寸要求使用極小的電池，這限制了這些設備的電池壽命。因此，可穿戴設備需要在設計的各個(gè)方面實(shí)現低功耗方法的智能技術(shù)。這是為了確保處理器盡可能高效地運行，并以適合短時(shí)激烈活動(dòng)的方式運行，然后適應更長(cháng)的空閑時(shí)間。設計人員必須實(shí)施（或選擇已實(shí)施的處理器）先進(jìn)的電源管理技術(shù)，例如自動(dòng)啟用的時(shí)鐘門(mén)控，智能開(kāi)啟/關(guān)閉特定內核或集群電源以及智能使用微內核固件將更低延遲的工作負載反饋到系統的能力。 DVFS和電源管理決策過(guò)程。

為了補充硬件，可穿戴設備需要支持適當的低功耗標準，以實(shí)現長(cháng)期的“始終在線(xiàn)”功能。盡管有很多選項可供選擇，但標題的主要競爭者是Bluetooth LE。

藍牙LE是藍牙無(wú)線(xiàn)技術(shù)的節能版本，旨在為大眾市場(chǎng)提供實(shí)用的連接。藍牙LE的能效使需要長(cháng)時(shí)間用小電池消耗的設備成為可能。更好的是，藍牙與現有的智能手機和平板電腦兼容，可實(shí)現設備之間的通信。

規則5：安全至上

由于可穿戴設備有權訪(fǎng)問(wèn)以下數據，因此它們需要多層安全保護：

設備安全性：可穿戴設備需要安全地運行操作系統和應用程序；這需要對多個(gè)安全環(huán)境的支持

鏈接安全性：可穿戴設備和中央集線(xiàn)器之間的信息傳輸必須受到保護和加密

云安全性：個(gè)人信息存儲是另一個(gè)脆弱的領(lǐng)域；消費者想知道他們的詳細信息遠離不必要的入侵者

這些安全層應同時(shí)在硬件和軟件中啟用，并且可以從核心級別一直擴展到系統級別。實(shí)施核心級安全性的一個(gè)示例是基于虛擬化的方法，其中多個(gè)操作系統可以在多個(gè)安全上下文中共存，從而在多個(gè)應用程序和內容源之間支持安全的內容交付，安全的支付，身份保護等。

規則6：建立可行的生態(tài)系統

越來(lái)越多的公司開(kāi)始意識到開(kāi)發(fā)者生態(tài)系統對任何消費者平臺的成功至關(guān)重要的現實(shí)。相同的規則適用于可穿戴設備：開(kāi)發(fā)人員需要查看可穿戴設備的增值因素，否則他們將不會(huì )創(chuàng )建多個(gè)應用程序。

為可穿戴設備創(chuàng )造繁榮環(huán)境的另一個(gè)重要因素是API和設備互通的開(kāi)放方法。例如，將兼容性限制為僅某些品牌的設備意味著(zhù)，除非他們擁有該特定品牌，否則消費者將沒(méi)有購買(mǎi)可穿戴設備的動(dòng)機。為了建立平臺和API的開(kāi)放標準，最近的AllSeen聯(lián)盟等努力是朝著(zhù)正確方向邁出的一步。

規則7：正確定價(jià)

最后，可穿戴設備需要采用類(lèi)似于其智能手機和平板電腦兄弟的三級定價(jià)模型，從而使盡可能多的消費者可以使用它們。圍繞可穿戴設備的討論如此之多，以至于像耐克這樣的時(shí)尚品牌也開(kāi)始涉足這一新產(chǎn)品類(lèi)別。通過(guò)創(chuàng )建入門(mén)級，中端和高端設備，公司可以創(chuàng )建能夠滿(mǎn)足不斷增長(cháng)的消費者需求的即時(shí)，引人注目的和完整的設備系列。

設計可穿戴設備的未來(lái)

考慮到它們的潛力，可穿戴設備顯然有成功的機會(huì )，考慮到從芯片制造商和OEM到消費者和運營(yíng)商的所有人，相信在未來(lái)十年中對這類(lèi)設備的需求將很高。一旦達到臨界質(zhì)量，可穿戴技術(shù)將嵌入到我們生活的各個(gè)方面，使我們能夠做得更好，更快，更簡(jiǎn)單。