用藍牙及ARM? Cortex?微控制器打造穿戴式產(chǎn)品

　　1 藍牙低功耗技術(shù)

　　低功耗無(wú)線(xiàn)連網(wǎng)功能，是穿戴式技術(shù)發(fā)展過(guò)程中一大要素。不論是活動(dòng)追蹤器等相對簡(jiǎn)單的單一傳感器穿戴式產(chǎn)品，或是內建平視顯示器以顯示GPS/地圖與距離/速度數據的滑雪護目鏡等整合了眾多環(huán)境傳感器數據的高端產(chǎn)品，藍牙低功耗技術(shù)(Bluetooth LE，或依Bluetooch SIG命名為藍牙智能﹝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(wú)線(xiàn)技術(shù)參與競爭，藍牙低功耗仍具備成為主流連網(wǎng)技術(shù)標準的條件。低功耗的特性，讓穿戴式產(chǎn)品只須小小一個(gè)鈕扣電池就能連續運作數周、數月甚至數年之久。此外，藍牙低功耗技術(shù)已獲各種新款智能手機與平板所采用。目前所有穿戴式產(chǎn)品都是所謂的智能配件(appcessory)，能透過(guò)藍牙鏈接智能手機或平板所執行的應用程序，并借用該裝置的用戶(hù)接口或顯示器。該應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。

　　藍牙低功耗裝置采用的是藍牙4.0核心規范(Bluetooth Core Specification Version 4.0)。具備獨特的低延遲封包格式(聯(lián)機設定與數據傳輸最快可在3分鐘內完成)，藍牙4.0核心規范專(zhuān)為少量數據的叢發(fā)(burst)所設計，不論在尖峰、一般或休眠模式下均可達到超低功耗。

　　只建置了低功耗功能的產(chǎn)品，稱(chēng)為單一模式裝置。同時(shí)具備低功耗功能以及增強數據率(EDR)的傳統藍牙模式，則稱(chēng)為雙模式裝置或Smart Ready。根據Bluetooth SIG推估，采用iOS、Android或Windows等各類(lèi)操作系統的藍牙功能智能手機當中，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)品設計的關(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(xiàn)的處理器就是其中一個(gè)關(guān)鍵元素，以因應加速器或陀螺儀等動(dòng)態(tài)傳感器，或是壓力、溫度感應組件之類(lèi)的環(huán)境傳感器。當設計中包含多種傳感器，處理器要能融合所有傳感器數據，為用戶(hù)提供質(zhì)量更佳且更準確的信息。同樣重要的是，這種方式能降低數據送至云端的數量。 ARM Cortex-M3處理器已經(jīng)證實(shí)為這類(lèi)產(chǎn)品設計的最佳選擇之一。

　　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+，也有最頂級的Cortex-M4處理器，不但具備數字信號控制所須的高效率信號處理功能，還能加速執行單指令多數據(SIMD)。 Cortex-M系列已獲全球各大半導體廠(chǎng)應用于各種通用型微控制器。不過(guò)現在有很多穿戴式產(chǎn)品都采用彈性超高的Cortex-M3，因為這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的微控制器相當普遍且價(jià)格極具成本競爭力，已使得Cortex-M3在市場(chǎng)中無(wú)所不在，對開(kāi)發(fā)人員來(lái)說(shuō)極具吸引力。像意法半導體STM32微控制器系列便采用Cortex-M3，已廣泛應用于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，還能針對產(chǎn)品體積與整合提供開(kāi)發(fā)人員各種優(yōu)勢。飛思卡爾(Freescale)Kinetis KL03微控制器就是一個(gè)很好的例子，號稱(chēng)全球內建ARM核心的微控制器中體積最小者。這款微控制器內建48MHz Cortex-M0+處理器，采用超小型1.6 x 2.0mm2芯片級封裝(CSP)。根據飛思卡爾表示，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%。