設計可穿戴設備

　　可穿戴設備制造商面臨的重要設計挑戰包括尺寸、能耗和用戶體驗。當涉及可穿戴技術領域時，我們需要遵循一套完全不同于手機的全新設計規則。目前典型的可穿戴設備大致分為兩類：

　　? 基于低功耗、高性能 MCU 功能的設計

　　? 基于手機應用處理功能的設計，類似于智能手機中的處理器

　　下表顯示了應用的要求如何推動 MCU 或應用處理器類型以及其所采用的 ARM Cortex?內核的發展。

　　可穿戴應用的要求

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

　　規格

　　如果我們仔細查看典型可穿戴設備并考慮設計限制因素，就會立刻發現面臨的第一個挑戰是規格。可穿戴設備需要外型小巧，不突兀。這對可用的 PCB 面積提出了嚴格的限制，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能要求，以最大限度地減少充電周期。現在的消費者習慣每天給他們的智能手機充電一次，但是對于可穿戴設備，消費者期望充電周期是每周一次或更長時間，理想狀態下，應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可滿足對小型尺寸的需求。飛思卡爾 Kinetis Cortex-M 系列內核集成了存儲器、USB 等外設，以及觸摸傳感和模擬組件，以減少整體系統的尺寸。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 的可穿戴設備有硬件系統要求，限制了微控制器一些功能的使用。對于這些設備，設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。調整基于 Cortex-A 的處理器（例如 i.MX 應用處理器）使之適應可穿戴設備的低功耗需求至關重要。比傳統的手機處理器更低的時鐘速率（例如500 MHz 對 1 GHz），可實現最佳的功耗/性能平衡，能夠根據應用來優化裝置的核心配置（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，僅僅監測捕獲環境數據的傳感器，偶爾刷新顯示屏。用戶查看屏幕獲取更新數據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

　　可穿戴設備的可用性高度依賴人與設備交互的方式，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，以及整體風格。

　　實現這些考慮要素的一個重要環節是軟件。設備應運行哪類操作系統？Android 或 Linux 等完整的操作系統增強了圖形功能，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格、電池壽命和成本，因為它們需要應用處理器級的設備來實現。實時操作系統能夠在更小的規格中實現，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衡。可穿戴設備開發人員在決定最終產品的架構之前需要詢問許多問題并進行權衡分析。

　　支持創新者

　　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備設計，幫助解決這些規格和功耗設計挑戰。通過加速和簡化開發，開發人員能夠專注于打造差異化的特性，并加快從原型到最終產品的過程。

　　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。該混合架構將基于 Cortex-M 內核的 Kinetis KL16 MCU 與基于 Cortex-A 內核的 i.MX 6SoloLite 應用處理器相結合。這樣，MCU 能夠管理傳感器數據，而應用處理器能夠在省電模式下待機，從而實現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低功耗、小規格和成本等標準進行選擇。

　　帶標準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和豐富經驗的公司之間開展合作所產生的成果。飛思卡爾作為支持技術提供商，為 WaRPboard 提供微控制器、應用處理器、傳感器和無線充電技術。幾家其他公司提供硬件和軟件開發以及制造專業知識。WaRP 上采用標準的 Android SDK 方法來進行實施，讓軟件開發人員能夠更簡便、更快速地運行他們的應用。

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

　　WaRPboard 具有緊湊的設計、優化的電池壽命和電池管理、可擴展的架構、可產品化的設計，以及基于開源和社區的創新，這些優勢使可穿戴設備設計人員自然而然地首先選擇WaRPboard。

　　總結

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

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

　　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革命。ARM Cortex 32位內核能夠滿足可穿戴領域“眾口難調”的需求，帶來無與倫比的、廣泛的開發人員生態合作體系，這是推動創新的一個重要環節。飛思卡爾 Kinetis MCU 和 i.MX 應用處理器是滿足可穿戴市場需求的理想選擇，現已有許多精彩設計應運而生。

　　可以肯定的是，可穿戴設計領域將涌現出許多令人興奮的創新，ARM 和飛思卡爾正在孜孜不倦地合作，旨在實現更多、更新的可穿戴設備。

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