如何設(shè)計(jì)出一款暢銷的可穿戴產(chǎn)品

　　Silicon Labs的EFM32 Gecko系列產(chǎn)品采用標(biāo)準(zhǔn)的32位ARM Cortex-M內(nèi)核，結(jié)合了能耗優(yōu)化的多種外設(shè)和時(shí)鐘架構(gòu)。EFM32架構(gòu)特別針對(duì)功耗敏感型應(yīng)用而設(shè)計(jì)。該架構(gòu)利用各種功耗模式，使得開發(fā)人員能夠?yàn)?a class="contentlabel" href="http://m.butianyuan.cn/news/listbylabel/label/可穿戴">可穿戴設(shè)備提供最佳的能源效率(見(jiàn)表2)。

　　休眠/待機(jī)(Sleep/Standby)(即EFM32 MCU的EM1模式)—能夠以稍高點(diǎn)的功耗代價(jià)快速返回到活動(dòng)模式(通常通過(guò)中斷方式)。這種模式中，EFM32功耗為45μA/MHz;而其他32位MCU通常為200μA。

　　深度休眠(Deep Sleep)(EFM32的EM2模式)--保留MCU的關(guān)鍵單元處于活動(dòng)模式，同時(shí)禁止高頻系統(tǒng)時(shí)鐘和其他非必要載荷。在這種模式下，EFM32功耗低至900nA;而其他32位MCU通常為10-50μA。

　　停機(jī)(Stop)(EFM32的EM3模式)--深度休眠模式的增強(qiáng)版本，能夠進(jìn)一步節(jié)省功耗，同時(shí)保持有限的自治性外設(shè)活動(dòng)和快速喚醒能力。在這種模式下，EFM32功耗為0.59μA;而其他32位MCU通常為10-30μA。

　　關(guān)機(jī)(Off)(EFM32的EM4或者關(guān)斷模式)—這種“near-death”狀態(tài)保存最小的可被外界刺激觸發(fā)的喚醒功能。這種節(jié)能效率的代價(jià)是顯著增加喚醒時(shí)間。在這種模式下，EFM32功耗為20nA(RTC運(yùn)行時(shí)是420nA);而其他32位MCU通常為1.5μA。

　　后備電池模式(Backup Battery Mode)—EFM32的獨(dú)特特性，提供一個(gè)可替代關(guān)機(jī)模式的極具吸引力的替代模式，保留更多關(guān)鍵功能，并且支持更快的喚醒能力。

　　表2 :EFM32 MCU為可穿戴應(yīng)用提供的一系列功耗模式

　　智能外設(shè)就是智能設(shè)計(jì)

　　許多MCU都至少擁有幾個(gè)外設(shè)用于執(zhí)行周期性任務(wù)、I/O和內(nèi)務(wù)處理任務(wù)，而同時(shí)CPU能夠保持在它的低功耗休眠模式之一。一些MCU也擁有自治性外設(shè)，用以執(zhí)行多種無(wú)需CPU干預(yù)的功能(例如計(jì)數(shù)器/定時(shí)器、ADC、DAC、GPIO、串行收發(fā)器等)。例如所有被EFM32 Gecko MCU支持的片上外設(shè)都擁有自治功能，可以在一個(gè)或多個(gè)設(shè)備休眠模式上保持活動(dòng)狀態(tài)。這與那些在最低能耗模式下僅支持有限活動(dòng)功能(例如GPIO喚醒和RTC操作)的MCU形成鮮明對(duì)比。

　　除了擁有其他MCU所提供的計(jì)數(shù)器/定時(shí)器、ADC、DAC、GPIO和串行通信單元之外，EFM32 MCU系列產(chǎn)品的外設(shè)集還包括：

　　●電容感應(yīng)控制器—感應(yīng)NxN網(wǎng)格(最大16點(diǎn))內(nèi)觸摸板觸點(diǎn)和坐標(biāo)，而無(wú)需CPU干預(yù)，并且CPU可以保持在EM2能耗模式。

　　●LCD驅(qū)動(dòng)程序—可以從內(nèi)存通過(guò)DMA驅(qū)動(dòng)段碼型LCD或TFT顯示屏，而無(wú)需CPU干預(yù)。

　　●模擬比較器—可以監(jiān)視警報(bào)/報(bào)警條件的門限電壓，而無(wú)需CPU干預(yù)。

　　●帶有DMA功能的Low Energy UART(LEUART)—可以在CPU處于EM2功耗模式下保持?jǐn)?shù)據(jù)接收能力，無(wú)需喚醒CPU。

　　●Low Energy Sensor(LESENSE)接口—可以與最大16個(gè)模擬傳感器(包括電阻型、電感型和電容型)協(xié)同工作，構(gòu)成一個(gè)自治狀態(tài)機(jī)。

　　大多數(shù)外設(shè)功能的活動(dòng)，包括串口通信、計(jì)數(shù)器/定時(shí)器、模擬和數(shù)字比較器、高級(jí)I/O，都由專門的低功耗反射總線(稱為Peripheral Reflex System或者PRS)進(jìn)行協(xié)調(diào)。來(lái)自一個(gè)外設(shè)的事件和信號(hào)能夠作為輸入信號(hào)，或者被其他外設(shè)作為觸發(fā)器，從而確保時(shí)序關(guān)鍵的操作并減少軟件負(fù)荷。這些高級(jí)特性使得EFM32 Gecko MCU能夠提供優(yōu)秀的32位計(jì)算性能，同時(shí)使得可穿戴產(chǎn)品設(shè)計(jì)具有超低功耗和更長(zhǎng)電池壽命。

　　最小化能耗中的軟件力量

　　為了簡(jiǎn)化開發(fā)過(guò)程、縮短上市時(shí)間、獲得最佳能效，可穿戴產(chǎn)品設(shè)計(jì)者必須考慮MCU供應(yīng)商所提供的開發(fā)生態(tài)系統(tǒng)的有效性和易用性。為了使開發(fā)過(guò)程更加容易、快速和有效，開發(fā)人員應(yīng)當(dāng)使用完整、簡(jiǎn)單易用的平臺(tái)，該平臺(tái)能夠?yàn)樗麄兲峁┩瓿身?xiàng)目所需的一切資源，從初始概念設(shè)計(jì)到最終產(chǎn)品。同樣重要的是，生態(tài)系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)提供可以使開發(fā)人員優(yōu)化產(chǎn)品能耗的輔助設(shè)計(jì)工具。

　　例如，Silicon Labs的Simplicity Studio開發(fā)平臺(tái)包括了實(shí)時(shí)能耗配置和分析工具，是為了估算能耗、平衡性能和能效。Simplicity Studio energyAware Battery Calculator幫助開發(fā)人員評(píng)估電流消耗和電池壽命。開發(fā)人員能夠選擇EFM32 MCU Energy Mode和電池配置，并且在編寫任何代碼之前評(píng)估功耗。energyAware Profiler(見(jiàn)圖4)實(shí)時(shí)分析電流消耗，如果電流消耗太高，可以幫助開發(fā)人員識(shí)別應(yīng)當(dāng)被優(yōu)化的代碼區(qū)域。

　　圖4:諸如Simplicity Studio energyAware Profiler的開發(fā)工具能夠幫助設(shè)計(jì)人員調(diào)整他們的可穿戴應(yīng)用以優(yōu)化能源效率

　　通過(guò)簡(jiǎn)單的觀察電流消耗的圖形輸出，開發(fā)人員可以快速查看是否有任何功耗顯著增加。要采取進(jìn)一步措施，可以單擊圖表上一個(gè)點(diǎn)，選定應(yīng)用并顯示與電流消耗相關(guān)的C代碼行，這對(duì)于開發(fā)人員來(lái)說(shuō)非常有價(jià)值。這種能力能夠幫助開發(fā)人員追蹤電流消耗中異常數(shù)值到特定代碼行，并進(jìn)行優(yōu)化。最后，這種能耗感知能力對(duì)于電池供電的可穿戴應(yīng)用來(lái)說(shuō)特別關(guān)鍵，它能夠讓開發(fā)人員了解每個(gè)mA數(shù)(甚至μA數(shù))消耗在何處。

　　結(jié)論

　　為了集成復(fù)雜技術(shù)和高性能組件到空間和能耗都受限的設(shè)計(jì)中，為腕上革命而設(shè)計(jì)的制勝產(chǎn)品需要對(duì)可穿戴應(yīng)用需求的現(xiàn)狀以及最新的設(shè)計(jì)方法有深度的理解。智能手表、便攜式健身追蹤器、智能眼鏡和其他可穿戴計(jì)算設(shè)備正在改變著我們所知的與便攜式電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)有關(guān)的一切事項(xiàng)。

　　可穿戴設(shè)備也正在改變著設(shè)計(jì)工程師的設(shè)計(jì)規(guī)則，他們必須完美的集成精密傳感、計(jì)算、顯示和無(wú)線技術(shù)到成本受限、引人入勝、超級(jí)緊湊的設(shè)計(jì)中，并且能夠在單一可替換電池或其他受限電源供電下工作數(shù)月。新型的可穿戴計(jì)算產(chǎn)品正在以更快的速度出現(xiàn)在市場(chǎng)中，每一個(gè)設(shè)計(jì)創(chuàng)新都在打破著我們對(duì)最終用戶體驗(yàn)的預(yù)期。腕上革命才剛剛開始!