如何設計出一款暢銷的可穿戴產品

　　定義用例

　　一旦產品的用戶體驗得到明確定義，它必須被轉換成一個用例，用例的功能性需求將驅動可穿戴產品的設計。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品設計的各個方面進行準確的比較研究。

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

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

　　用例輔助進行能源管理

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

　　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：

　　●備必須從外部環境收集的數據類型和頻率。

　　●用戶是否通過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、本地網絡或互聯網進行通信。電源需求的變化依賴于所采用的無線接口(例如Bluetooth、Wi-Fi或ZigBee)，這是如何實現的。

　　●設備與他的同類或主機系統進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間。這將成為系統能耗預算和為最大化電池壽命而進行任何設計折中的基礎。

　　用例輔助進行MCU選擇和優化

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

　　通過識別必須執行的軟件功能和邏輯算法，以及它們發生的頻率，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。假設有一個健身監視器，它的MCU通過一個多軸加速計感應用戶的身體活動，使用一個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(UV)強度(見圖3)。然后MCU必須在確定真實步數和頻率之前過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類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傳感器，以測量身體活動和其他生物特征，例如UV照射強度

　　在用于現代MCU的幾個優秀的32位處理器架構之中，ARM Cortex系列32位RISC CPU已經成為嵌入式設計中領先的處理器內核，這主要歸功于它高效的架構、易于擴展的指令集、大量開發工具和代碼庫。在過去的幾年中，ARM已經創建了幾個系列的Cortex CPU，每一種都針對特殊的需求而優化。ARM Cortex-M系列處理器內核是特別針對嵌入式MCU而開發的，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，滿足各種可穿戴設備屬性需求，包括價格、電池壽命、處理要求和顯示類型等(見表1)。

　　表1:設計旨在滿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，并且滿足這些應用同時所需的高性能計算、外界事件快速系統響應、以及低動態和靜態功耗。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內核的單精度浮點數處理單元(FPU)能夠顯著的縮短運行時間、減少MCU處于活動狀態的時間，從而最大限度的降低整體能源消耗。

　　深度睡眠延長電池壽命

　　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的執行頻率和時間”最小化。因此用例應該包括MCU上各種任務的預期發生頻率，以及它們的執行是否是事件或者計劃驅動的。

　　優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。