用藍(lán)牙及ARM? Cortex?微控制器打造穿戴式產(chǎn)品

　　1 藍(lán)牙低功耗技術(shù)

　　低功耗無線連網(wǎng)功能，是穿戴式技術(shù)發(fā)展過程中一大要素。不論是活動(dòng)追蹤器等相對(duì)簡(jiǎn)單的單一傳感器穿戴式產(chǎn)品，或是內(nèi)建平視顯示器以顯示GPS/地圖與距離/速度數(shù)據(jù)的滑雪護(hù)目鏡等整合了眾多環(huán)境傳感器數(shù)據(jù)的高端產(chǎn)品，藍(lán)牙低功耗技術(shù)(Bluetooth LE，或依Bluetooch SIG命名為藍(lán)牙智能﹝Bluetooth Smart﹞)都是穿戴式科技眾多元素中的重要一環(huán)。

　　雖然還是有其他無線技術(shù)參與競(jìng)爭(zhēng)，藍(lán)牙低功耗仍具備成為主流連網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的條件。低功耗的特性，讓穿戴式產(chǎn)品只須小小一個(gè)鈕扣電池就能連續(xù)運(yùn)作數(shù)周、數(shù)月甚至數(shù)年之久。此外，藍(lán)牙低功耗技術(shù)已獲各種新款智能手機(jī)與平板所采用。目前所有穿戴式產(chǎn)品都是所謂的智能配件(appcessory)，能透過藍(lán)牙鏈接智能手機(jī)或平板所執(zhí)行的應(yīng)用程序，并借用該裝置的用戶接口或顯示器。該應(yīng)用程序多半也能鏈接因特網(wǎng)，讓穿戴式產(chǎn)品變身物聯(lián)網(wǎng)裝置。

　　藍(lán)牙低功耗裝置采用的是藍(lán)牙4.0核心規(guī)范(Bluetooth Core Specification Version 4.0)。具備獨(dú)特的低延遲封包格式(聯(lián)機(jī)設(shè)定與數(shù)據(jù)傳輸最快可在3分鐘內(nèi)完成)，藍(lán)牙4.0核心規(guī)范專為少量數(shù)據(jù)的叢發(fā)(burst)所設(shè)計(jì)，不論在尖峰、一般或休眠模式下均可達(dá)到超低功耗。

　　只建置了低功耗功能的產(chǎn)品，稱為單一模式裝置。同時(shí)具備低功耗功能以及增強(qiáng)數(shù)據(jù)率(EDR)的傳統(tǒng)藍(lán)牙模式，則稱為雙模式裝置或Smart Ready。根據(jù)Bluetooth SIG推估，采用iOS、Android或Windows等各類操作系統(tǒng)的藍(lán)牙功能智能手機(jī)當(dāng)中，有90%將在2018年以前進(jìn)入Smart Ready模式。

　　2 低功耗微控制器

　　穿戴式產(chǎn)品設(shè)計(jì)的關(guān)鍵之一，在于采用小型高效率(效能/功耗)低功耗微控制器。能夠時(shí)時(shí)連網(wǎng)、永不斷線的處理器就是其中一個(gè)關(guān)鍵元素，以因應(yīng)加速器或陀螺儀等動(dòng)態(tài)傳感器，或是壓力、溫度感應(yīng)組件之類的環(huán)境傳感器。當(dāng)設(shè)計(jì)中包含多種傳感器，處理器要能融合所有傳感器數(shù)據(jù)，為用戶提供質(zhì)量更佳且更準(zhǔn)確的信息。同樣重要的是，這種方式能降低數(shù)據(jù)送至云端的數(shù)量。 ARM Cortex-M3處理器已經(jīng)證實(shí)為這類產(chǎn)品設(shè)計(jì)的最佳選擇之一。

　　ARM Cortex-M系列為領(lǐng)先業(yè)界的32位處理器核心產(chǎn)品，有超低功耗的Cortex-M0+，也有最頂級(jí)的Cortex-M4處理器，不但具備數(shù)字信號(hào)控制所須的高效率信號(hào)處理功能，還能加速執(zhí)行單指令多數(shù)據(jù)(SIMD)。 Cortex-M系列已獲全球各大半導(dǎo)體廠應(yīng)用于各種通用型微控制器。不過現(xiàn)在有很多穿戴式產(chǎn)品都采用彈性超高的Cortex-M3，因?yàn)檫@款處理器只須極低功耗就能提供優(yōu)化效能與程序代碼密度。事實(shí)上，由于采用Cortex-M3的微控制器相當(dāng)普遍且價(jià)格極具成本競(jìng)爭(zhēng)力，已使得Cortex-M3在市場(chǎng)中無所不在，對(duì)開發(fā)人員來說極具吸引力。像意法半導(dǎo)體STM32微控制器系列便采用Cortex-M3，已廣泛應(yīng)用于Fitbit Flex活動(dòng)追蹤器、Pebble 智能手表等多款穿戴式產(chǎn)品。

　　內(nèi)建Cortex-M0與Cortex-M0+核心的微控制器不只功耗超低效能極高，還能針對(duì)產(chǎn)品體積與整合提供開發(fā)人員各種優(yōu)勢(shì)。飛思卡爾(Freescale)Kinetis KL03微控制器就是一個(gè)很好的例子，號(hào)稱全球內(nèi)建ARM核心的微控制器中體積最小者。這款微控制器內(nèi)建48MHz Cortex-M0+處理器，采用超小型1.6 x 2.0mm2芯片級(jí)封裝(CSP)。根據(jù)飛思卡爾表示，KL03所需印刷電路板面積減少了36%，通用型輸入輸出(GPIO)卻比性能最接近的微控制器高出60%。