USB技術(shù)在可穿戴計(jì)算機(jī)中的應(yīng)用
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在網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)已經(jīng)開始逐步取代了個(gè)人計(jì)算機(jī)的二十世紀(jì)末期，新一代的可穿戴計(jì)算機(jī)（Wearable Computers）又悄然來(lái)到我們周圍?？纱┐饔?jì)算概念的提出為人與計(jì)算機(jī)的有機(jī)結(jié)合開創(chuàng)了一條新途徑，是實(shí)現(xiàn)更加友好的人機(jī)交互的新技術(shù)之一。盡管可穿戴計(jì)算機(jī)的體積很小，但卻具備了PC機(jī)的所有功能，例如語(yǔ)音輸入與輸出功能、視頻輸出功能、圖像采集功能和無(wú)線通訊功能等等。這些功能不但需要各種不同的外圍設(shè)備，而且要求外設(shè)接口的數(shù)據(jù)傳輸速度也要快，這無(wú)疑加重了外設(shè)接口設(shè)計(jì)的困難，也成為了可穿戴計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)中的瓶頸和關(guān)鍵技術(shù)之一。通用串行總線USB（Universal Serial Bus）是應(yīng)用在PC領(lǐng)域的新型接口技術(shù)，是Intel、Compaq、Digital、IBM、Microsoft、NEC、Northern Telecom等7家世界著名的計(jì)算機(jī)和通訊公司花了近兩年時(shí)間于1995年11月正式制定的USB規(guī)范。USB是一種高速的、半雙工、等時(shí)的、可動(dòng)態(tài)連接（熱插拔）的低成本串行接口，可滿足現(xiàn)在和未來(lái)的計(jì)算機(jī)平臺(tái)的需求。將USB接口應(yīng)用到可穿戴計(jì)算機(jī)中，不但可以充分發(fā)揮USB接口的通用、高速、可擴(kuò)展和熱插拔的特性，而且可大大簡(jiǎn)化可穿戴計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)，提高它的集成度是解決可穿戴計(jì)算機(jī)接口瓶頸的一種有效方法，也是可穿戴計(jì)算技術(shù)發(fā)展的一個(gè)新的方向。
2 可穿戴計(jì)算技術(shù)的發(fā)展
“可穿戴計(jì)算技術(shù)”概念早在1955年就被Edward O.Thop提出。正像大多數(shù)其它數(shù)學(xué)定理的發(fā)現(xiàn)一樣，這個(gè)概念也是從一個(gè)賭博游戲中產(chǎn)生的。當(dāng)時(shí)有一個(gè)叫做“輪盤賭”的賭博游戲十分盛行，而Edward O.Thop一心想弄清楚其中的奧秘，但為了逃避開賭場(chǎng)的人的監(jiān)視，Edward便想到如果有一臺(tái)可以隨身攜帶的小型計(jì)算機(jī)裝在衣兜中，用它所帶的小型攝像裝置將“輪盤賭”旋轉(zhuǎn)過程（速度與時(shí)間）記錄下來(lái)，然后再用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，便可提前預(yù)測(cè)到賭局的結(jié)果。基于此目的，Edward與Claude Shannon在1966年研制出第一臺(tái)可穿戴計(jì)算機(jī)，該系統(tǒng)是一個(gè)帶有4個(gè)按鍵的香煙盒大小的模擬計(jì)算機(jī)，一個(gè)數(shù)據(jù)采集器通過按鍵來(lái)獲取并顯示輪盤賭的速度，并通過音頻信號(hào)將結(jié)果傳給賭徒，以此來(lái)指導(dǎo)他下賭注。盡管當(dāng)時(shí)的機(jī)器功能比較簡(jiǎn)單，但它卻代表了一種新的思想和研究方向。
自從Edward O.Thop提出了“可穿戴計(jì)算技術(shù)”概念以后，許多人認(rèn)識(shí)到它的重要性并相繼展開了研究，如美國(guó)卡內(nèi)基梅隆大學(xué)（CMU）和麻省理工大學(xué)（MIT）都建立了可穿戴技術(shù)研究室，并研制出各自的可穿戴計(jì)算機(jī)?？v觀各種可穿戴計(jì)算機(jī)不難發(fā)現(xiàn)，其共性是人機(jī)交互更為方便、可以移動(dòng)計(jì)算、體積小、重量輕、功耗小、功能強(qiáng)、攜帶方便，使人的雙手完全從控制計(jì)算機(jī)中解脫出來(lái)，所以它的應(yīng)用也十分廣泛。在醫(yī)療上，可以借助它做外科手術(shù)；在工業(yè)中，可以幫助工程維護(hù)人員進(jìn)行檢修和維護(hù)工作；在旅游業(yè)上可以輔助導(dǎo)航；在軍事上可用于完成軍事偵察、指揮決策及遠(yuǎn)程協(xié)作作戰(zhàn)等：在日常生活中，可以幫助人們記憶重要的事務(wù)，等等。
可穿戴計(jì)算機(jī)的主要組成部分包括：低功耗嵌入式CPU、多種多樣的便攜式外設(shè)以及其接口設(shè)備和能量高體積小的電源。基本的外設(shè)主要有輸出設(shè)備和輸入設(shè)備，為了便于攜帶，用頭盔顯示器或眼鏡顯示器代替了傳統(tǒng)的桌面臺(tái)式顯示器作為輸出設(shè)備，用語(yǔ)音控制或較少按鍵的袖珍鍵盤代替了傳統(tǒng)的鍵盤作為輸入設(shè)備。另外，根據(jù)用戶不同的需求，還需配備相應(yīng)的外部設(shè)備，如無(wú)線通訊設(shè)備、語(yǔ)音輸入輸出設(shè)備、圖像采集設(shè)備、全球定位系統(tǒng)（GPS）以及各種各樣的傳感器。然而，為了將這眾多的外設(shè)有機(jī)的集成在一起，必需將相應(yīng)的接口電路集成在主板上，所以接口電路設(shè)計(jì)技術(shù)是可穿戴技術(shù)中關(guān)鍵技術(shù)之一，此外還包括系統(tǒng)集成技術(shù)、低功耗設(shè)計(jì)技術(shù)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)等。
3 USB技術(shù)簡(jiǎn)介
USB是一種基于PC機(jī)的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)展總線，制定USB總線規(guī)范的目的在于：①易于PC機(jī)外圍設(shè)備的擴(kuò)展；②提供一種高傳輸率、低成本的解決方案；③支持音頻、視頻及壓縮視頻數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸；④協(xié)議靈活，可實(shí)現(xiàn)等時(shí)數(shù)據(jù)傳輸（1sochronous Data Transfers）和異步消息傳輸（Asynchronous Messaging）的混合模式；⑤支持通用商品設(shè)備；⑥適應(yīng)各種計(jì)算機(jī)的配置方式；⑦提供一種便于快速集成到產(chǎn)品中的標(biāo)準(zhǔn)的接口；⑧是一類增強(qiáng)計(jì)算機(jī)功能的新的設(shè)備。
USB的主要特點(diǎn)有：①使用簡(jiǎn)單，設(shè)備安裝和配置容易。安裝USB設(shè)備不必再打開機(jī)箱，增加新設(shè)備或卸除已安裝過的設(shè)備完全不用關(guān)閉計(jì)算機(jī)，所有USB設(shè)備支持熱插拔，系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行自動(dòng)配置，徹底拋棄了過去的跳線和撥碼開關(guān)設(shè)置。②速度快，適用于帶寬范圍在1.5Mbps到12Mbps之間的各種設(shè)備（USB2.0支持高達(dá)480Mbps傳輸率），而且可支持許多設(shè)備同時(shí)操作，充分利用信道總線。③易于擴(kuò)展，通過使用Hub擴(kuò)展可駁接多選127個(gè)外設(shè)。標(biāo)準(zhǔn)USB電纜長(zhǎng)度為3米（5米，低速）。通過Hub或中繼器可以使外設(shè)距離達(dá)到30米。④能夠采用總線供電，USB總線提供最大達(dá)5V、500mA電流。⑤使用靈活，USB共有4種傳輸模式：控制傳輸、同步傳輸、中斷傳輸、批量傳輸，以適應(yīng)不同設(shè)備的需要。⑥健壯性高。協(xié)議中包含了錯(cuò)誤處理和錯(cuò)誤恢復(fù)的機(jī)制，可自動(dòng)識(shí)別出錯(cuò)誤設(shè)備。
評(píng)論