设计可穿戴设备的7条规则

过去的一年无疑是半导体行业激动人心的时刻。硅企业之间的共同热情一直在上升。

这种现象背后的主要驱动因素是可穿戴技术。熟悉的物品，如服装，眼镜，珠宝和手表，正在安装传感器，处理器和显示器 - 你以前不会期望在这些日常物品中找到的技术。这个市场的潜力令人印象深刻。

因此，如果可穿戴设备是每个人都在狂欢的东西，为什么似乎很少有公司真正知道如何设计它们呢？本指南概述了如何解决可穿戴设备市场在设计下一代可穿戴技术时面临的当前问题。

规则1：扩充，不复制

可穿戴设备的一个重要方面是用户体验和界面。可穿戴设备界面的设计应该基于消费者如何使用它们，而不是复制智能手机或平板电脑的体验。

尽管使用像Android这样流行的现成操作系统可能听起来像是带有屏幕的设备的快速简便的修复程序，但最好设计一个定制的，完全蒙皮的界面，以适应微型显示表面的范围。

更重要的是，可穿戴设备应该增强其他移动设备，而不是试图取代（部分）其功能。尝试使用清单方法填充功能将导致设备功率不足，用户将很快放弃。

相反，设计人员应该专注于优化用户和机器界面，以确保可穿戴设备能够很好地协同工作并与其他移动设备协同工作。

规则2：设计，不要重复使用

每个工程师都听说过“设计和重用”方法。但是，该原则仅适用于已被证明普遍有效的设备;可穿戴设备的情况并非如此。

尽管可穿戴设备本质上是移动设备，但它们对智能手机和平板电脑有不同的特定要求（稍后会详细介绍）。

将移动SoC用于每个可穿戴设备类别（智能手表，智能眼镜，智能腕带等）是不可持续的，不仅因为这些设备具有不同的形状和尺寸，而且主要是因为它们的功率分布可能发生根本性的变化。

今天的可穿戴设备在电池寿命方面通常存在一定差距。大多数当前的可穿戴健身设备通常持续两到三天，而它们应该持续数周或数月。据报道，一些智能手表的电池寿命不到一天;大多数消费者预计至少一周。人们对智能手机/平板电脑和可穿戴设备有不同的期望，通常不会将充电方案纳入他们使用这些超便携式设备的日常习惯中。

另外，如果智能手表应该在白天充当普通手表，在晚上充当睡眠健康监视器，用户何时会为它们充电？

规则 3：一种尺寸并不适合所有人

可穿戴设备具有不同的功能，需要特定类型的SoC。如果要为智能设备创建计算平台，则需要考虑两个主要类别：

输入可穿戴设备

输入可穿戴设备是健身手环、心率监测器、睡眠监测器和近场通信 （NFC） 环等设备。它们本质上是智能的、连接的传感器，具有极少或没有显示器，具有极低的功率要求。它们的主要作用是收集原始数据，然后过滤并将其发送到中央集线器，无论是移动设备（智能手机或平板电脑）还是连接家庭中的住宅网关。在集线器上，此数据将转换为可用信息。然后，其他功能可以基于该信息启用自动操作或警报。

对于此类别，基本要素是设计尽可能低功率的连接。这些器件通常需要高性能 32 位 MCU 级处理器来实现快速、高效的处理，理想情况下是紧凑的封装、统一的 MCU/MPU 和 DSP 嵌入式处理器内核。设计人员还需要为基带通信选择解决方案。将蓝牙 LE（低功耗）与 FM 结合在一个小型集成无线电解决方案中，是超低功耗可穿戴应用的理想选择。

根据应用领域，设计人员还可以包括专用硬件来支持陀螺仪或运动传感器。

输出可穿戴设备

输出可穿戴设备是智能手表或智能眼镜等设备，可以快速轻松地访问即时信息。这些信息通常可以放在小屏幕上，并且可以快速实时地提供给用户。输出可穿戴设备旨在加速日常任务，并提供一种更直观的技术交互方式。

在为输出可穿戴设备设计芯片组时，设计人员需要确保SoC中的每个处理器都尽可能有效地使用。在构建底层系统时，低功耗仍然是主导因素，但重点应该是创建一个通用平台，该平台可以执行智能手机或平板电脑可能执行的任务的子集。

这种智能眼镜平台的一个例子可以通过将低功耗，高性能的CPU与最小的可用OpenGL ES 3.0 / OpenCL GPU，支持H.264的硬件视频转码器，可配置的OpenVX就绪ISP管道以及支持Wi-Fi 802.11n 1x1和蓝牙的连接处理器配对来设计。

规则4：始终在线思考，考虑低功耗

可穿戴设备的小尺寸决定了使用极小的电池，这限制了这些设备的电池寿命。因此，可穿戴设备需要智能技术，在设计的各个点实现低功耗方法。这是为了确保处理器尽可能高效地运行，并且以适应短时间的激烈活动，然后是较长的空闲时间。设计人员必须实施（或选择已经实施的处理器）高级电源管理技术，例如自动启用时钟门控，智能地打开/关闭特定内核或集群的电源的能力，以及智能地使用Microkernel固件为DVFS和电源管理决策过程提供较低延迟的工作负载反馈。

为了补充硬件，可穿戴设备需要支持适当的低功耗标准，以实现长时间的“始终在线”功能。尽管有很多选项可供选择，但该标题的主要竞争者是蓝牙LE。

蓝牙 LE 是蓝牙无线技术的电源友好型版本，旨在为大众市场提供实用的连接。蓝牙LE的功率效率使设备需要长时间耗尽微小的电池;更好的是，蓝牙与现有的智能手机和平板电脑兼容，用于设备到设备的通信。

规则5：安全高于一切

可穿戴设备需要多层安全性，因为它们可以访问的数据具有敏感性：

设备安全性：可穿戴设备需要安全地运行操作系统和应用程序;这需要支持多个安全环境

链接安全性：必须保护和加密可穿戴设备和中央集线器之间的信息传输

云安全：个人信息的存储是另一个微妙的领域;消费者希望知道他们的详细信息远离不需要的入侵者

这些安全层应该在硬件和软件中启用，并且可以从核心级别一直扩展到系统级别。实现核心级安全性的一个例子是基于虚拟化的方法，其中多个操作系统可以在多个安全上下文中共存，从而支持跨多个应用程序和内容源的安全内容交付、安全支付、身份保护等。

规则6：建立可行的生态系统

越来越多的公司开始意识到，开发者生态系统对任何消费者平台的成功都是多么重要。同样的规则也适用于可穿戴设备：开发人员需要看到可穿戴设备的增值因素，否则他们不会创建超过几个应用程序。

为可穿戴设备创造繁荣环境的另一个重要因素是API和设备相互通信的开放方法。例如，将兼容性限制为仅某些品牌的设备意味着消费者将没有动力购买可穿戴设备，除非他们拥有该特定品牌。像最近的AllSeen联盟这样的努力是朝着正确方向迈出的一步，以便为平台和API创建一个开放的标准。

规则 7：获得合适的价格

最后，可穿戴设备需要采用类似于智能手机和平板电脑兄弟的三层定价模式，使其可供尽可能多的消费者使用。围绕可穿戴设备的嗡嗡声如此之大，甚至像耐克这样的时尚品牌也进入了这个新的产品类别。通过创建入门级、中端和高端设备，公司可以创建即时、引人注目且完整的设备阵容，以满足不断增长的消费者需求。

设计可穿戴设备的未来

为任何市场设计 SoC 时，明智的方法是使用经过验证的解决方案。在过去的十年中，Imagination Technologies一直在创造多媒体、处理器和连接IP，这些IP已经从一些行业领先的芯片供应商那里出货了数十亿个移动和嵌入式设备。Imagination 提供构建互联设备所需的所有 IP、设计服务以及软件工具和平台。除了这些IP系统优化的技术之外，Imagination还可以提供像FlowCloud这样的增值解决方案，这是一个帮助公司提供完整的物联网就绪解决方案的平台，包括所有安全/设备到设备和设备到云的通信/后端服务。

鉴于可穿戴设备的潜力，考虑到从芯片制造商和OEM到消费者和运营商的每个人都相信这类设备将在未来十年内需求量很大，可穿戴设备显然有机会取得成功。一旦达到临界质量，可穿戴技术将嵌入我们生活的方方面面，使我们能够做得更好、更快、更简单。

审核编辑：郭婷