如何設(shè)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(jié)合了能耗優(yōu)化的多種外設(shè)和時鐘架構(gòu)。EFM32架構(gòu)特別針對功耗敏感型應(yīng)用而設(shè)計。該架構(gòu)利用各種功耗模式，使得開發(fā)人員能夠為可穿戴設(shè)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(guān)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(shè)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(guān)機(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(guān)機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

　　許多MCU都至少擁有幾個外設(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)行多種無需CPU干預(yù)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(shè)都擁有自治功能，可以在一個或多個設(shè)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(shè)集還包括：

　　●電容感應(yīng)控制器—感應(yīng)NxN網(wǎng)格(最大16點)內(nèi)觸摸板觸點和坐標，而無需CPU干預(yù)，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(yù)。

　　●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(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(gòu)成一個自治狀態(tài)機。

　　大多數(shù)外設(shè)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(shè)的事件和信號能夠作為輸入信號，或者被其他外設(shè)作為觸發(fā)器，從而確保時序關(guān)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(shè)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(shè)計者必須考慮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)過程更加容易、快速和有效，開發(fā)人員應(yīng)當(dāng)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(shè)計到最終產(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(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)計人員調(diào)整他們的可穿戴應(yīng)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(yīng)用并顯示與電流消耗相關(guān)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(yīng)用來說特別關(guān)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(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)計中，為腕上革命而設(shè)計的制勝產(chǎn)品需要對可穿戴應(yīng)用需求的現(xiàn)狀以及最新的設(shè)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(shè)備正在改變著我們所知的與便攜式電子產(chǎn)品設(shè)計有關(guān)的一切事項。

　　可穿戴設(shè)備也正在改變著設(shè)計工程師的設(shè)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(shù)到成本受限、引人入勝、超級緊湊的設(shè)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(shè)計創(chuàng)新都在打破著我們對最終用戶體驗的預(yù)期。腕上革命才剛剛開始!