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單片機(jī)開發(fā)設(shè)計(jì)可穿戴設(shè)備的7條規(guī)則
過去的一年無疑是半導(dǎo)體行業(yè)激動(dòng)人心的時(shí)刻。由于最近對(duì)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(bǔ)充通常基于智能手機(jī)和平板電腦的移動(dòng)體驗(yàn)。
造成這種現(xiàn)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)的潛力非常可觀。
因此，如果可穿戴設(shè)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(shè)計(jì)它們呢？本指南概述了在設(shè)計(jì)下一代可穿戴技術(shù)時(shí)如何解決可穿戴設(shè)備市場(chǎng)面臨的當(dāng)前問題。
規(guī)則1：擴(kuò)充，請(qǐng)勿復(fù)制
可穿戴設(shè)備的一個(gè)重要方面是用戶體驗(yàn)和界面。可穿戴設(shè)備的界面設(shè)計(jì)應(yīng)基于消費(fèi)者的使用方式，而不是基于復(fù)制智能手機(jī)或平板電腦的體驗(yàn)。
即使使用流行的，現(xiàn)成的操作系統(tǒng)（如Android）聽起來像是對(duì)帶有屏幕的設(shè)備的快速便捷的修復(fù)，還是最好設(shè)計(jì)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(shè)備應(yīng)該增加其他移動(dòng)設(shè)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(dǎo)致用戶很快放棄的功率不足的設(shè)備。
相反，設(shè)計(jì)人員應(yīng)專注于優(yōu)化用戶和機(jī)器界面，以確保可穿戴設(shè)備與其他移動(dòng)設(shè)備一起良好工作。
規(guī)則2：設(shè)計(jì)，請(qǐng)勿重復(fù)使用
每個(gè)工程師都聽說過“設(shè)計(jì)和重用”方法。但是，該原理僅適用于已證明可以通用的設(shè)備。可穿戴設(shè)備并非如此。
即使可穿戴設(shè)備是移動(dòng)設(shè)備的核心，它們對(duì)智能手機(jī)和平板電腦也有不同且特定的要求（稍后會(huì)詳細(xì)介紹）。
在所有可穿戴設(shè)備（智能手表，智能眼鏡，智能腕帶等）上重復(fù)使用移動(dòng)SoC是不可持續(xù)的，這不僅是因?yàn)檫@些設(shè)備的形狀和尺寸各不相同，而且主要是因?yàn)樗鼈兊墓奶匦钥赡軙?huì)發(fā)生根本性的變化。
就電池壽命而言，當(dāng)今的可穿戴設(shè)備通常相差很大。當(dāng)前大多數(shù)可穿戴健身設(shè)備通常應(yīng)持續(xù)兩到三天，而這些設(shè)備應(yīng)持續(xù)數(shù)周或數(shù)月。有報(bào)道稱，一些智能手表的電池壽命不足一天。大多數(shù)消費(fèi)者期望至少一個(gè)星期。人們對(duì)智能手機(jī)/平板電腦和可穿戴設(shè)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(shè)備的日常習(xí)慣中。
另外，如果應(yīng)該將智能手表在白天用作常規(guī)手表，在晚上用作睡眠健康監(jiān)控器，則用戶何時(shí)需要對(duì)其充電？
規(guī)則3：一種尺寸不適合所有尺寸
可穿戴設(shè)備具有不同的功能，并且需要特定類型的SoC。如果要為智能設(shè)備創(chuàng)建計(jì)算平臺(tái)，則要考慮兩個(gè)主要類別：
輸入可穿戴設(shè)備
輸入可穿戴設(shè)備是健身帶，心率監(jiān)測(cè)器，睡眠監(jiān)測(cè)器和近場(chǎng)通信（NFC）環(huán)等設(shè)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(shù)據(jù)，然后進(jìn)行過濾并將其發(fā)送到中央集線器，無論是移動(dòng)設(shè)備（智能手機(jī)或平板電腦）還是聯(lián)網(wǎng)家庭中的住宅網(wǎng)關(guān)。在集線器上，此數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)換為可用信息。然后，其他功能可以根據(jù)該信息啟用自動(dòng)操作或警報(bào)。
對(duì)于此類別，必不可少的元素是設(shè)計(jì)盡可能低的電源連接。這些設(shè)備通常需要高性能的32位MCU類處理器來進(jìn)行快速，高效的處理，理想情況下，它們是緊湊型，統(tǒng)一的MCU / MPU和DSP嵌入式處理器內(nèi)核。設(shè)計(jì)人員還需要為基帶通信選擇解決方案。在一個(gè)小型的集成無線電解決方案中將Bluetooth LE（低能耗）與FM相結(jié)合，是超低功耗可穿戴應(yīng)用的理想選擇。
根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域，設(shè)計(jì)人員還可以包括專用硬件，以支持陀螺儀或運(yùn)動(dòng)傳感器。
輸出可穿戴設(shè)備
輸出可穿戴設(shè)備是諸如智能手表或智能眼鏡之類的設(shè)備，它們可以快速，輕松地快速訪問即時(shí)信息。此信息通常可以放在一個(gè)小屏幕上，并且可以快速，實(shí)時(shí)地提供給用戶。輸出可穿戴設(shè)備旨在加速日常工作，并提供了一種與技術(shù)進(jìn)行交互的更直觀的方式。
在設(shè)計(jì)用于輸出可穿戴設(shè)備的芯片組時(shí)，設(shè)計(jì)人員需要確保SoC內(nèi)部的每個(gè)處理器都得到盡可能有效的利用。在設(shè)計(jì)底層系統(tǒng)時(shí)，低功耗仍然是主要因素，但是重點(diǎn)應(yīng)該放在創(chuàng)建通用平臺(tái)上，該平臺(tái)執(zhí)行智能手機(jī)或平板電腦可能執(zhí)行的部分任務(wù)。
可以通過將低功耗，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(zhuǎn)碼器，可配置的OpenVX就緒ISP管道配對(duì)來設(shè)計(jì)此類智能眼鏡平臺(tái)的示例，以及支持Wi-Fi 802.11n 1x1和藍(lán)牙的連接處理器。
規(guī)則四：永遠(yuǎn)思考，低功耗思考
可穿戴設(shè)備的小尺寸要求使用極小的電池，這限制了這些設(shè)備的電池壽命。因此，可穿戴設(shè)備需要在設(shè)計(jì)的各個(gè)方面實(shí)現(xiàn)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(yùn)行，并以適合短時(shí)激烈活動(dòng)的方式運(yùn)行，然后適應(yīng)更長(zhǎng)的空閑時(shí)間。設(shè)計(jì)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)鐘門控，智能開啟/關(guān)閉特定內(nèi)核或集群電源以及智能使用微內(nèi)核固件將更低延遲的工作負(fù)載反饋到系統(tǒng)的能力。 DVFS和電源管理決策過程。
為了補(bǔ)充硬件，可穿戴設(shè)備需要支持適當(dāng)?shù)牡凸臉?biāo)準(zhǔn)，以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期的“始終在線”功能。盡管有很多選項(xiàng)可供選擇，但標(biāo)題的主要競(jìng)爭(zhēng)者是Bluetooth LE。
藍(lán)牙LE是藍(lán)牙無線技術(shù)的節(jié)能版本，旨在為大眾市場(chǎng)提供實(shí)用的連接。藍(lán)牙LE的能效使需要長(zhǎng)時(shí)間用小電池消耗的設(shè)備成為可能。更好的是，藍(lán)牙與現(xiàn)有的智能手機(jī)和平板電腦兼容，可實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的通信。
規(guī)則5：安全至上
由于可穿戴設(shè)備有權(quán)訪問以下數(shù)據(jù)，因此它們需要多層安全保護(hù)：
設(shè)備安全性：可穿戴設(shè)備需要安全地運(yùn)行操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序；這需要對(duì)多個(gè)安全環(huán)境的支持
鏈接安全性：可穿戴設(shè)備和中央集線器之間的信息傳輸必須受到保護(hù)和加密
云安全性：個(gè)人信息存儲(chǔ)是另一個(gè)脆弱的領(lǐng)域；消費(fèi)者想知道他們的詳細(xì)信息遠(yuǎn)離不必要的入侵者
這些安全層應(yīng)同時(shí)在硬件和軟件中啟用，并且可以從核心級(jí)別一直擴(kuò)展到系統(tǒng)級(jí)別。實(shí)施核心級(jí)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(tǒng)可以在多個(gè)安全上下文中共存，從而在多個(gè)應(yīng)用程序和內(nèi)容源之間支持安全的內(nèi)容交付，安全的支付，身份保護(hù)等。
規(guī)則6：建立可行的生態(tài)系統(tǒng)
越來越多的公司開始意識(shí)到開發(fā)者生態(tài)系統(tǒng)對(duì)任何消費(fèi)者平臺(tái)的成功至關(guān)重要的現(xiàn)實(shí)。相同的規(guī)則適用于可穿戴設(shè)備：開發(fā)人員需要查看可穿戴設(shè)備的增值因素，否則他們將不會(huì)創(chuàng)建多個(gè)應(yīng)用程序。
為可穿戴設(shè)備創(chuàng)造繁榮環(huán)境的另一個(gè)重要因素是API和設(shè)備互通的開放方法。例如，將兼容性限制為僅某些品牌的設(shè)備意味著，除非他們擁有該特定品牌，否則消費(fèi)者將沒有購買可穿戴設(shè)備的動(dòng)機(jī)。為了建立平臺(tái)和API的開放標(biāo)準(zhǔn)，最近的AllSeen聯(lián)盟等努力是朝著正確方向邁出的一步。
規(guī)則7：正確定價(jià)
最后，可穿戴設(shè)備需要采用類似于其智能手機(jī)和平板電腦兄弟的三級(jí)定價(jià)模型，從而使盡可能多的消費(fèi)者可以使用它們。圍繞可穿戴設(shè)備的討論如此之多，以至于像耐克這樣的時(shí)尚品牌也開始涉足這一新產(chǎn)品類別。通過創(chuàng)建入門級(jí)，中端和高端設(shè)備，公司可以創(chuàng)建能夠滿足不斷增長(zhǎng)的消費(fèi)者需求的即時(shí)，引人注目的和完整的設(shè)備系列。
設(shè)計(jì)可穿戴設(shè)備的未來
考慮到它們的潛力，可穿戴設(shè)備顯然有成功的機(jī)會(huì)，考慮到從芯片制造商和OEM到消費(fèi)者和運(yùn)營(yíng)商的所有人，相信在未來十年中對(duì)這類設(shè)備的需求將很高。一旦達(dá)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。