如何设计出一款畅销的可穿戴产品

　　定义用例

　　一旦产品的用户体验得到明确定义，它必须被转换成一个用例，用例的功能性需求将驱动可穿戴产品的设计。详细的用例能够提供重要信息，使得它能够更容易的为可穿戴产品设计的各个方面进行准确的比较研究。

　　用例应当包含可穿戴设备预计要执行的任务、需要的资源和执行的环境。这些细节通常包括设备要收集的数据类型，如何与用户或其他设备交互，预期的运行环境(温度、耐水性、耐冲击性等)，操作模式(数据收集和分析、用户交互、通信等)，以及与其他设备进行数据同步的频率。

　　有了这些指导方针，设计团队就可以开始确定满足应用需求的传感、计算和通信组件。同时，物料清单(BOM)成本和功耗预算也可以与初步设计需求同时进行，为团队提供必需的参数以便集中汇总成最佳设计方案。

　　用例辅助进行能源管理

　　因为电池的使用寿命在可穿戴设计中起着如此重要的角色，因此这里我们有必要仔细分析一下用例驱动设计过程中与能源管理相关的部分。

　　为了准确的模拟设计选择如何影响可穿戴设备的电池寿命，用例应当包括影响能耗因素的详细描述，例如：

　　●备必须从外部环境收集的数据类型和频率。

　　●用户是否通过App、触摸屏、按键或以上两者与设备交互。如果是，那么通信的信息类型和使用的频率如何。

　　●设备如何同其他可穿戴设备、智能手机、本地网络或互联网进行通信。电源需求的变化依赖于所采用的无线接口(例如Bluetooth、Wi-Fi或ZigBee)，这是如何实现的。

　　●设备与他的同类或主机系统进行同步或交换数据的频率如何。(与诸如智能手机的主机系统频繁同步将显着降低电池寿命。)

　　一旦信息收集完毕，用例应当提供系统各种操作模式的详细描述和每种模式下的运行时间。这将成为系统能耗预算和为最大化电池寿命而进行任何设计折中的基础。

　　用例辅助进行MCU选择和优化

　　用例与能耗相关的部分应当尽可能多的包括可穿戴设备执行传感、控制和计算任务的有关信息，也包括哪些任务由MCU执行，哪些任务由外设执行。这将有助于选择最适合可穿戴应用需求和开发策略的MCU产品，充分利用MCU能源友好的特性。

　　通过识别必须执行的软件功能和逻辑算法，以及它们发生的频率，你能够构建出恰当的初始估算或者可穿戴应用的计算需求。假设有一个健身监视器，它的MCU通过一个多轴加速计感应用户的身体活动，使用一个IR接近传感器监视脉搏，使用其他传感器检测温度、湿度、血氧等级，甚至紫外线(UV)强度(见图3)。然后MCU必须在确定真实步数和频率之前过滤掉掺杂在原始传感器数据中的噪声和干扰，或者结合心率数据以区别是特定活动类型还是其他生物特征输入。

　　图3:健康和健身追踪器以及其他可穿戴设备包含各类传感器，以测量身体活动和其他生物特征，例如UV照射强度

　　在用于现代MCU的几个优秀的32位处理器架构之中，ARM Cortex系列32位RISC CPU已经成为嵌入式设计中领先的处理器内核，这主要归功于它高效的架构、易于扩展的指令集、大量开发工具和代码库。在过去的几年中，ARM已经创建了几个系列的Cortex CPU，每一种都针对特殊的需求而优化。ARM Cortex-M系列处理器内核是特别针对嵌入式MCU而开发的，在这些应用中性能需求必须与能耗和低成本解决方案相适应。Cortex-M系列提供内核选项，满足各种可穿戴设备属性需求，包括价格、电池寿命、处理要求和显示类型等(见表1)。

　　表1:设计旨在满足多样性设计需求的ARM Cortex-M系列

　　在Cortex-M系列内，M3和M0+内核针对成本敏感的应用而设计，并且满足这些应用同时所需的高性能计算、外界事件快速系统响应、以及低动态和静态功耗。更复杂和功能强大的M4内核能够快速完成生物监视应用中常见的计算密集型算法。它的增强指令集包括功能强大的数字信号处理(DSP)功能库。M4内核的单精度浮点数处理单元(FPU)能够显着的缩短运行时间、减少MCU处于活动状态的时间，从而最大限度的降低整体能源消耗。

　　深度睡眠延长电池寿命

　　为了降低可穿戴平台能耗预算中MCU的影响，重要的是要将“需要把MCU从低功耗休眠模式中唤醒的任何任务的执行频率和时间”最小化。因此用例应该包括MCU上各种任务的预期发生频率，以及它们的执行是否是事件或者计划驱动的。

　　优化低功耗嵌入式设计的主要方式之一是找到仍然能够对外界事件进行足够响应的最低休眠模式。大多数使用Cortex-M处理内核的MCU支持多种休眠模式。