如何設計出一款暢銷(xiāo)的可穿戴產(chǎn)品

　　定義用例

　　一旦產(chǎn)品的用戶(hù)體驗得到明確定義，它必須被轉換成一個(gè)用例，用例的功能性需求將驅動(dòng)可穿戴產(chǎn)品的設計。詳細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)品設計的各個(gè)方面進(jìn)行準確的比較研究。

　　用例應當包含可穿戴設備預計要執行的任務(wù)、需要的資源和執行的環(huán)境。這些細節通常包括設備要收集的數據類(lèi)型，如何與用戶(hù)或其他設備交互，預期的運行環(huán)境(溫度、耐水性、耐沖擊性等)，操作模式(數據收集和分析、用戶(hù)交互、通信等)，以及與其他設備進(jìn)行數據同步的頻率。

　　有了這些指導方針，設計團隊就可以開(kāi)始確定滿(mǎn)足應用需求的傳感、計算和通信組件。同時(shí)，物料清單(BOM)成本和功耗預算也可以與初步設計需求同時(shí)進(jìn)行，為團隊提供必需的參數以便集中匯總成最佳設計方案。

　　用例輔助進(jìn)行能源管理

　　因為電池的使用壽命在可穿戴設計中起著(zhù)如此重要的角色，因此這里我們有必要仔細分析一下用例驅動(dòng)設計過(guò)程中與能源管理相關(guān)的部分。

　　為了準確的模擬設計選擇如何影響可穿戴設備的電池壽命，用例應當包括影響能耗因素的詳細描述，例如：

　　●備必須從外部環(huán)境收集的數據類(lèi)型和頻率。

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

　　●設備如何同其他可穿戴設備、智能手機、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(lài)于所采用的無(wú)線(xiàn)接口(例如Bluetooth、Wi-Fi或ZigBee)，這是如何實(shí)現的。

　　●設備與他的同類(lèi)或主機系統進(jìn)行同步或交換數據的頻率如何。(與諸如智能手機的主機系統頻繁同步將顯著(zhù)降低電池壽命。)

　　一旦信息收集完畢，用例應當提供系統各種操作模式的詳細描述和每種模式下的運行時(shí)間。這將成為系統能耗預算和為最大化電池壽命而進(jìn)行任何設計折中的基礎。

　　用例輔助進(jìn)行MCU選擇和優(yōu)化

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

　　通過(guò)識別必須執行的軟件功能和邏輯算法，以及它們發(fā)生的頻率，你能夠構建出恰當的初始估算或者可穿戴應用的計算需求。假設有一個(gè)健身監視器，它的MCU通過(guò)一個(gè)多軸加速計感應用戶(hù)的身體活動(dòng)，使用一個(gè)IR接近傳感器監視脈搏，使用其他傳感器檢測溫度、濕度、血氧等級，甚至紫外線(xiàn)(UV)強度(見(jiàn)圖3)。然后MCU必須在確定真實(shí)步數和頻率之前過(guò)濾掉摻雜在原始傳感器數據中的噪聲和干擾，或者結合心率數據以區別是特定活動(dòng)類(lèi)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備包含各類(lèi)傳感器，以測量身體活動(dòng)和其他生物特征，例如UV照射強度

　　在用于現代MCU的幾個(gè)優(yōu)秀的32位處理器架構之中，ARM Cortex系列32位RISC CPU已經(jīng)成為嵌入式設計中領(lǐng)先的處理器內核，這主要歸功于它高效的架構、易于擴展的指令集、大量開(kāi)發(fā)工具和代碼庫。在過(guò)去的幾年中，ARM已經(jīng)創(chuàng )建了幾個(gè)系列的Cortex CPU，每一種都針對特殊的需求而優(yōu)化。ARM Cortex-M系列處理器內核是特別針對嵌入式MCU而開(kāi)發(fā)的，在這些應用中性能需求必須與能耗和低成本解決方案相適應。Cortex-M系列提供內核選項，滿(mǎn)足各種可穿戴設備屬性需求，包括價(jià)格、電池壽命、處理要求和顯示類(lèi)型等(見(jiàn)表1)。

　　表1:設計旨在滿(mǎn)足多樣性設計需求的ARM Cortex-M系列

　　在Cortex-M系列內，M3和M0+內核針對成本敏感的應用而設計，并且滿(mǎn)足這些應用同時(shí)所需的高性能計算、外界事件快速系統響應、以及低動(dòng)態(tài)和靜態(tài)功耗。更復雜和功能強大的M4內核能夠快速完成生物監視應用中常見(jiàn)的計算密集型算法。它的增強指令集包括功能強大的數字信號處理(DSP)功能庫。M4內核的單精度浮點(diǎn)數處理單元(FPU)能夠顯著(zhù)的縮短運行時(shí)間、減少MCU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(cháng)電池壽命

　　為了降低可穿戴平臺能耗預算中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)的執行頻率和時(shí)間”最小化。因此用例應該包括MCU上各種任務(wù)的預期發(fā)生頻率，以及它們的執行是否是事件或者計劃驅動(dòng)的。

　　優(yōu)化低功耗嵌入式設計的主要方式之一是找到仍然能夠對外界事件進(jìn)行足夠響應的最低休眠模式。大多數使用Cortex-M處理內核的MCU支持多種休眠模式。