如何設計出一款暢銷的可穿戴產(chǎn)品

　　Silicon Labs的EFM32 Gecko系列產(chǎn)品采用標準的32位ARM Cortex-M內(nèi)核，結合了能耗優(yōu)化的多種外設和時鐘架構。EFM32架構特別針對功耗敏感型應用而設計。該架構利用各種功耗模式，使得開發(fā)人員能夠為可穿戴設備提供最佳的能源效率(見表2)。

　　休眠/待機(Sleep/Standby)(即EFM32 MCU的EM1模式)—能夠以稍高點的功耗代價快速返回到活動模式(通常通過中斷方式)。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的關鍵單元處于活動模式，同時禁止高頻系統(tǒng)時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(Stop)(EFM32的EM3模式)--深度休眠模式的增強版本，能夠進一步節(jié)省功耗，同時保持有限的自治性外設活動和快速喚醒能力。在這種模式下，EFM32功耗為0.59μA;而其他32位MCU通常為10-30μA。

　　關機(Off)(EFM32的EM4或者關斷模式)—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)能效率的代價是顯著增加喚醒時間。在這種模式下，EFM32功耗為20nA(RTC運行時是420nA);而其他32位MCU通常為1.5μA。

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

　　表2 :EFM32 MCU為可穿戴應用提供的一系列功耗模式

　　智能外設就是智能設計

　　許多MCU都至少擁有幾個外設用于執(zhí)行周期性任務、I/O和內(nèi)務處理任務，而同時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，用以執(zhí)行多種無需CPU干預的功能(例如計數(shù)器/定時器、ADC、DAC、GPIO、串行收發(fā)器等)。例如所有被EFM32 Gecko MCU支持的片上外設都擁有自治功能，可以在一個或多個設備休眠模式上保持活動狀態(tài)。這與那些在最低能耗模式下僅支持有限活動功能(例如GPIO喚醒和RTC操作)的MCU形成鮮明對比。

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

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

　　●LCD驅(qū)動程序—可以從內(nèi)存通過DMA驅(qū)動段碼型LCD或TFT顯示屏，而無需CPU干預。

　　●模擬比較器—可以監(jiān)視警報/報警條件的門限電壓，而無需CPU干預。

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

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

　　大多數(shù)外設功能的活動，包括串口通信、計數(shù)器/定時器、模擬和數(shù)字比較器、高級I/O，都由專門的低功耗反射總線(稱為Peripheral Reflex System或者PRS)進行協(xié)調(diào)。來自一個外設的事件和信號能夠作為輸入信號，或者被其他外設作為觸發(fā)器，從而確保時序關鍵的操作并減少軟件負荷。這些高級特性使得EFM32 Gecko MCU能夠提供優(yōu)秀的32位計算性能，同時使得可穿戴產(chǎn)品設計具有超低功耗和更長電池壽命。

　　最小化能耗中的軟件力量

　　為了簡化開發(fā)過程、縮短上市時間、獲得最佳能效，可穿戴產(chǎn)品設計者必須考慮MCU供應商所提供的開發(fā)生態(tài)系統(tǒng)的有效性和易用性。為了使開發(fā)過程更加容易、快速和有效，開發(fā)人員應當使用完整、簡單易用的平臺，該平臺能夠為他們提供完成項目所需的一切資源，從初始概念設計到最終產(chǎn)品。同樣重要的是，生態(tài)系統(tǒng)應當提供可以使開發(fā)人員優(yōu)化產(chǎn)品能耗的輔助設計工具。

　　例如，Silicon Labs的Simplicity Studio開發(fā)平臺包括了實時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估功耗。energyAware Profiler(見圖4)實時分析電流消耗，如果電流消耗太高，可以幫助開發(fā)人員識別應當被優(yōu)化的代碼區(qū)域。

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

　　通過簡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。要采取進一步措施，可以單擊圖表上一個點，選定應用并顯示與電流消耗相關的C代碼行，這對于開發(fā)人員來說非常有價值。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，并進行優(yōu)化。最后，這種能耗感知能力對于電池供電的可穿戴應用來說特別關鍵，它能夠讓開發(fā)人員了解每個mA數(shù)(甚至μA數(shù))消耗在何處。

　　結論

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

　　可穿戴設備也正在改變著設計工程師的設計規(guī)則，他們必須完美的集成精密傳感、計算、顯示和無線技術到成本受限、引人入勝、超級緊湊的設計中，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。新型的可穿戴計算產(chǎn)品正在以更快的速度出現(xiàn)在市場中，每一個設計創(chuàng)新都在打破著我們對最終用戶體驗的預期。腕上革命才剛剛開始!