如何設(shè)計(jì)出一款暢銷的可穿戴產(chǎn)品

　　定義用例

　　一旦產(chǎn)品的用戶體驗(yàn)得到明確定義，它必須被轉(zhuǎn)換成一個(gè)用例，用例的功能性需求將驅(qū)動(dòng)可穿戴產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。詳細(xì)的用例能夠提供重要信息，使得它能夠更容易的為可穿戴產(chǎn)品設(shè)計(jì)的各個(gè)方面進(jìn)行準(zhǔn)確的比較研究。

　　用例應(yīng)當(dāng)包含可穿戴設(shè)備預(yù)計(jì)要執(zhí)行的任務(wù)、需要的資源和執(zhí)行的環(huán)境。這些細(xì)節(jié)通常包括設(shè)備要收集的數(shù)據(jù)類型，如何與用戶或其他設(shè)備交互，預(yù)期的運(yùn)行環(huán)境(溫度、耐水性、耐沖擊性等)，操作模式(數(shù)據(jù)收集和分析、用戶交互、通信等)，以及與其他設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)同步的頻率。

　　有了這些指導(dǎo)方針，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)就可以開始確定滿足應(yīng)用需求的傳感、計(jì)算和通信組件。同時(shí)，物料清單(BOM)成本和功耗預(yù)算也可以與初步設(shè)計(jì)需求同時(shí)進(jìn)行，為團(tuán)隊(duì)提供必需的參數(shù)以便集中匯總成最佳設(shè)計(jì)方案。

　　用例輔助進(jìn)行能源管理

　　因?yàn)殡姵氐氖褂脡勖诳纱┐髟O(shè)計(jì)中起著如此重要的角色，因此這里我們有必要仔細(xì)分析一下用例驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)過程中與能源管理相關(guān)的部分。

　　為了準(zhǔn)確的模擬設(shè)計(jì)選擇如何影響可穿戴設(shè)備的電池壽命，用例應(yīng)當(dāng)包括影響能耗因素的詳細(xì)描述，例如：

　　●備必須從外部環(huán)境收集的數(shù)據(jù)類型和頻率。

　　●用戶是否通過App、觸摸屏、按鍵或以上兩者與設(shè)備交互。如果是，那么通信的信息類型和使用的頻率如何。

　　●設(shè)備如何同其他可穿戴設(shè)備、智能手機(jī)、本地網(wǎng)絡(luò)或互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行通信。電源需求的變化依賴于所采用的無線接口(例如Bluetooth、Wi-Fi或ZigBee)，這是如何實(shí)現(xiàn)的。

　　●設(shè)備與他的同類或主機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行同步或交換數(shù)據(jù)的頻率如何。(與諸如智能手機(jī)的主機(jī)系統(tǒng)頻繁同步將顯著降低電池壽命。)

　　一旦信息收集完畢，用例應(yīng)當(dāng)提供系統(tǒng)各種操作模式的詳細(xì)描述和每種模式下的運(yùn)行時(shí)間。這將成為系統(tǒng)能耗預(yù)算和為最大化電池壽命而進(jìn)行任何設(shè)計(jì)折中的基礎(chǔ)。

　　用例輔助進(jìn)行MCU選擇和優(yōu)化

　　用例與能耗相關(guān)的部分應(yīng)當(dāng)盡可能多的包括可穿戴設(shè)備執(zhí)行傳感、控制和計(jì)算任務(wù)的有關(guān)信息，也包括哪些任務(wù)由MCU執(zhí)行，哪些任務(wù)由外設(shè)執(zhí)行。這將有助于選擇最適合可穿戴應(yīng)用需求和開發(fā)策略的MCU產(chǎn)品，充分利用MCU能源友好的特性。

　　通過識(shí)別必須執(zhí)行的軟件功能和邏輯算法，以及它們發(fā)生的頻率，你能夠構(gòu)建出恰當(dāng)?shù)某跏脊浪慊蛘呖纱┐鲬?yīng)用的計(jì)算需求。假設(shè)有一個(gè)健身監(jiān)視器，它的MCU通過一個(gè)多軸加速計(jì)感應(yīng)用戶的身體活動(dòng)，使用一個(gè)IR接近傳感器監(jiān)視脈搏，使用其他傳感器檢測(cè)溫度、濕度、血氧等級(jí)，甚至紫外線(UV)強(qiáng)度(見圖3)。然后MCU必須在確定真實(shí)步數(shù)和頻率之前過濾掉摻雜在原始傳感器數(shù)據(jù)中的噪聲和干擾，或者結(jié)合心率數(shù)據(jù)以區(qū)別是特定活動(dòng)類型還是其他生物特征輸入。

　　圖3:健康和健身追蹤器以及其他可穿戴設(shè)備包含各類傳感器，以測(cè)量身體活動(dòng)和其他生物特征，例如UV照射強(qiáng)度

　　在用于現(xiàn)代MCU的幾個(gè)優(yōu)秀的32位處理器架構(gòu)之中，ARM Cortex系列32位RISC CPU已經(jīng)成為嵌入式設(shè)計(jì)中領(lǐng)先的處理器內(nèi)核，這主要?dú)w功于它高效的架構(gòu)、易于擴(kuò)展的指令集、大量開發(fā)工具和代碼庫。在過去的幾年中，ARM已經(jīng)創(chuàng)建了幾個(gè)系列的Cortex CPU，每一種都針對(duì)特殊的需求而優(yōu)化。ARM Cortex-M系列處理器內(nèi)核是特別針對(duì)嵌入式MCU而開發(fā)的，在這些應(yīng)用中性能需求必須與能耗和低成本解決方案相適應(yīng)。Cortex-M系列提供內(nèi)核選項(xiàng)，滿足各種可穿戴設(shè)備屬性需求，包括價(jià)格、電池壽命、處理要求和顯示類型等(見表1)。

　　表1:設(shè)計(jì)旨在滿足多樣性設(shè)計(jì)需求的ARM Cortex-M系列

　　在Cortex-M系列內(nèi)，M3和M0+內(nèi)核針對(duì)成本敏感的應(yīng)用而設(shè)計(jì)，并且滿足這些應(yīng)用同時(shí)所需的高性能計(jì)算、外界事件快速系統(tǒng)響應(yīng)、以及低動(dòng)態(tài)和靜態(tài)功耗。更復(fù)雜和功能強(qiáng)大的M4內(nèi)核能夠快速完成生物監(jiān)視應(yīng)用中常見的計(jì)算密集型算法。它的增強(qiáng)指令集包括功能強(qiáng)大的數(shù)字信號(hào)處理(DSP)功能庫。M4內(nèi)核的單精度浮點(diǎn)數(shù)處理單元(FPU)能夠顯著的縮短運(yùn)行時(shí)間、減少M(fèi)CU處于活動(dòng)狀態(tài)的時(shí)間，從而最大限度的降低整體能源消耗。

　　深度睡眠延長(zhǎng)電池壽命

　　為了降低可穿戴平臺(tái)能耗預(yù)算中MCU的影響，重要的是要將“需要把MCU從低功耗休眠模式中喚醒的任何任務(wù)的執(zhí)行頻率和時(shí)間”最小化。因此用例應(yīng)該包括MCU上各種任務(wù)的預(yù)期發(fā)生頻率，以及它們的執(zhí)行是否是事件或者計(jì)劃驅(qū)動(dòng)的。

　　優(yōu)化低功耗嵌入式設(shè)計(jì)的主要方式之一是找到仍然能夠?qū)ν饨缡录M(jìn)行足夠響應(yīng)的最低休眠模式。大多數(shù)使用Cortex-M處理內(nèi)核的MCU支持多種休眠模式。