单片机开发设计可(kě)穿戴设备的7条规则

2021-01-04

过去的一年无疑是半导體(tǐ)行业激动人心的时刻。由于最近对新(xīn)产品的兴趣和需求增加，硅公司之间的共同热情一直在上升，这些新(xīn)产品可(kě)以补充通常基于智能(néng)手机和平板電(diàn)脑的移动體(tǐ)验。

造成这种现象的主要原因是可(kě)穿戴技术。诸如衣物(wù)，眼镜，珠宝和手表之类的熟悉物(wù)品都配备了传感器，处理(lǐ)器和显示器-这些以前在这些日常物(wù)品中都找不到的技术。这个市场的潜力非常可(kě)观。

因此，如果可(kě)穿戴设备成為(wèi)每个人都热衷的东西，為(wèi)什么似乎很(hěn)少有(yǒu)公司真正知道如何设计它们呢(ne)？本指南概述了在设计下一代可(kě)穿戴技术时如何解决可(kě)穿戴设备市场面临的当前问题。

规则1：扩充，请勿复制

可(kě)穿戴设备的一个重要方面是用(yòng)户體(tǐ)验和界面。可(kě)穿戴设备的界面设计应基于消费者的使用(yòng)方式，而不是基于复制智能(néng)手机或平板電(diàn)脑的體(tǐ)验。

即使使用(yòng)流行的，现成的操作系统（如Android）听起来像是对带有(yǒu)屏幕的设备的快速便捷的修复，还是最好设计一个定制的，完全皮肤化的界面，以适合微型显示表面的范围。

更重要的是，可(kě)穿戴设备应该增加其他(tā)移动设备，而不是尝试替代其功能(néng)（部分(fēn)）。尝试使用(yòng)清单方法填充功能(néng)会导致用(yòng)户很(hěn)快放弃的功率不足的设备。

相反，设计人员应专注于优化用(yòng)户和机器界面，以确保可(kě)穿戴设备与其他(tā)移动设备一起良好工作。

规则2：设计，请勿重复使用(yòng)

每个工程师都听说过“设计和重用(yòng)”方法。但是，该原理(lǐ)仅适用(yòng)于已证明可(kě)以通用(yòng)的设备。可(kě)穿戴设备并非如此。

即使可(kě)穿戴设备是移动设备的核心，它们对智能(néng)手机和平板電(diàn)脑也有(yǒu)不同且特定的要求（稍后会详细介绍）。

在所有(yǒu)可(kě)穿戴设备（智能(néng)手表，智能(néng)眼镜，智能(néng)腕带等）上重复使用(yòng)移动SoC是不可(kě)持续的，这不仅是因為(wèi)这些设备的形状和尺寸各不相同，而且主要是因為(wèi)它们的功耗特性可(kě)能(néng)会发生根本性的变化。

就電(diàn)池寿命而言，当今的可(kě)穿戴设备通常相差很(hěn)大。当前大多(duō)数可(kě)穿戴健身设备通常应持续两到三天，而这些设备应持续数周或数月。有(yǒu)报道称，一些智能(néng)手表的電(diàn)池寿命不足一天。大多(duō)数消费者期望至少一个星期。人们对智能(néng)手机/平板電(diàn)脑和可(kě)穿戴设备的期望不同，并且通常不会将充電(diàn)方案纳入这些超便携设备的日常习惯中。

另外，如果应该将智能(néng)手表在白天用(yòng)作常规手表，在晚上用(yòng)作睡眠健康监控器，则用(yòng)户何时需要对其充電(diàn)？

规则3：一种尺寸不适合所有(yǒu)尺寸

可(kě)穿戴设备具有(yǒu)不同的功能(néng)，并且需要特定类型的SoC。如果要為(wèi)智能(néng)设备创建计算平台，则要考虑两个主要类别：

输入可(kě)穿戴设备

输入可(kě)穿戴设备是健身带，心率监测器，睡眠监测器和近场通信（NFC）环等设备。它们本质上是智能(néng)的，连接的传感器，具有(yǒu)最少的显示或没有(yǒu)显示的显示，它们的功耗要求极低。它们的主要作用(yòng)是收集原始数据，然后进行过滤并将其发送到中央集線(xiàn)器，无论是移动设备（智能(néng)手机或平板電(diàn)脑）还是联网家庭中的住宅网关。在集線(xiàn)器上，此数据被转换為(wèi)可(kě)用(yòng)信息。然后，其他(tā)功能(néng)可(kě)以根据该信息启用(yòng)自动操作或警报。

对于此类别，必不可(kě)少的元素是设计尽可(kě)能(néng)低的電(diàn)源连接。这些设备通常需要高性能(néng)的32位MCU类处理(lǐ)器来进行快速，高效的处理(lǐ)，理(lǐ)想情况下，它们是紧凑型，统一的MCU / MPU和DSP嵌入式处理(lǐ)器内核。设计人员还需要為(wèi)基带通信选择解决方案。在一个小(xiǎo)型的集成无線(xiàn)電(diàn)解决方案中将Bluetooth LE（低能(néng)耗）与FM相结合，是超低功耗可(kě)穿戴应用(yòng)的理(lǐ)想选择。

根据应用(yòng)领域，设计人员还可(kě)以包括专用(yòng)硬件，以支持陀螺仪或运动传感器。

输出可(kě)穿戴设备

输出可(kě)穿戴设备是诸如智能(néng)手表或智能(néng)眼镜之类的设备，它们可(kě)以快速，轻松地快速访问即时信息。此信息通常可(kě)以放在一个小(xiǎo)屏幕上，并且可(kě)以快速，实时地提供给用(yòng)户。输出可(kě)穿戴设备旨在加速日常工作，并提供了一种与技术进行交互的更直观的方式。

在设计用(yòng)于输出可(kě)穿戴设备的芯片组时，设计人员需要确保SoC内部的每个处理(lǐ)器都得到尽可(kě)能(néng)有(yǒu)效的利用(yòng)。在设计底层系统时，低功耗仍然是主要因素，但是重点应该放在创建通用(yòng)平台上，该平台执行智能(néng)手机或平板電(diàn)脑可(kě)能(néng)执行的部分(fēn)任務(wù)。

可(kě)以通过将低功耗，高性能(néng)CPU与最小(xiǎo)的可(kě)用(yòng)OpenGL ES 3.0 / OpenCL GPU，支持H.264的硬件视频转码器，可(kě)配置的OpenVX就绪ISP管道配对来设计此类智能(néng)眼镜平台的示例，以及支持Wi-Fi 802.11n 1x1和蓝牙的连接处理(lǐ)器。

规则四：永遠(yuǎn)思考，低功耗思考

可(kě)穿戴设备的小(xiǎo)尺寸要求使用(yòng)极小(xiǎo)的電(diàn)池，这限制了这些设备的電(diàn)池寿命。因此，可(kě)穿戴设备需要在设计的各个方面实现低功耗方法的智能(néng)技术。这是為(wèi)了确保处理(lǐ)器尽可(kě)能(néng)高效地运行，并以适合短时激烈活动的方式运行，然后适应更長(cháng)的空闲时间。设计人员必须实施（或选择已实施的处理(lǐ)器）先进的電(diàn)源管理(lǐ)技术，例如自动启用(yòng)的时钟门控，智能(néng)开启/关闭特定内核或集群電(diàn)源以及智能(néng)使用(yòng)微内核固件将更低延迟的工作负载反馈到系统的能(néng)力。 DVFS和電(diàn)源管理(lǐ)决策过程。

為(wèi)了补充硬件，可(kě)穿戴设备需要支持适当的低功耗标准，以实现長(cháng)期的“始终在線(xiàn)”功能(néng)。尽管有(yǒu)很(hěn)多(duō)选项可(kě)供选择，但标题的主要竞争者是Bluetooth LE。

蓝牙LE是蓝牙无線(xiàn)技术的节能(néng)版本，旨在為(wèi)大众市场提供实用(yòng)的连接。蓝牙LE的能(néng)效使需要長(cháng)时间用(yòng)小(xiǎo)電(diàn)池消耗的设备成為(wèi)可(kě)能(néng)。更好的是，蓝牙与现有(yǒu)的智能(néng)手机和平板電(diàn)脑兼容，可(kě)实现设备之间的通信。

规则5：安全至上

由于可(kě)穿戴设备有(yǒu)权访问以下数据，因此它们需要多(duō)层安全保护：

设备安全性：可(kě)穿戴设备需要安全地运行操作系统和应用(yòng)程序；这需要对多(duō)个安全环境的支持

链接安全性：可(kě)穿戴设备和中央集線(xiàn)器之间的信息传输必须受到保护和加密

云安全性：个人信息存储是另一个脆弱的领域；消费者想知道他(tā)们的详细信息遠(yuǎn)离不必要的入侵者

这些安全层应同时在硬件和软件中启用(yòng)，并且可(kě)以从核心级别一直扩展到系统级别。实施核心级安全性的一个示例是基于虚拟化的方法，其中多(duō)个操作系统可(kě)以在多(duō)个安全上下文(wén)中共存，从而在多(duō)个应用(yòng)程序和内容源之间支持安全的内容交付，安全的支付，身份保护等。

规则6：建立可(kě)行的生态系统

越来越多(duō)的公司开始意识到开发者生态系统对任何消费者平台的成功至关重要的现实。相同的规则适用(yòng)于可(kě)穿戴设备：开发人员需要查看可(kě)穿戴设备的增值因素，否则他(tā)们将不会创建多(duō)个应用(yòng)程序。

為(wèi)可(kě)穿戴设备创造繁荣环境的另一个重要因素是API和设备互通的开放方法。例如，将兼容性限制為(wèi)仅某些品牌的设备意味着，除非他(tā)们拥有(yǒu)该特定品牌，否则消费者将没有(yǒu)購(gòu)买可(kě)穿戴设备的动机。為(wèi)了建立平台和API的开放标准，最近的AllSeen联盟等努力是朝着正确方向迈出的一步。

规则7：正确定价

最后，可(kě)穿戴设备需要采用(yòng)类似于其智能(néng)手机和平板電(diàn)脑兄弟(dì)的三级定价模型，从而使尽可(kě)能(néng)多(duō)的消费者可(kě)以使用(yòng)它们。围绕可(kě)穿戴设备的讨论如此之多(duō)，以至于像耐克这样的时尚品牌也开始涉足这一新(xīn)产品类别。通过创建入门级，中端和高端设备，公司可(kě)以创建能(néng)够满足不断增長(cháng)的消费者需求的即时，引人注目的和完整的设备系列。

设计可(kě)穿戴设备的未来

考虑到它们的潜力，可(kě)穿戴设备显然有(yǒu)成功的机会，考虑到从芯片制造商(shāng)和OEM到消费者和运营商(shāng)的所有(yǒu)人，相信在未来十年中对这类设备的需求将很(hěn)高。一旦达到临界质量，可(kě)穿戴技术将嵌入到我们生活的各个方面，使我们能(néng)够做得更好，更快，更简单。