如何设计出一款畅销的可穿戴产品

　　Silicon Labs的EFM32 Gecko系列产品采用标准的32位ARM Cortex-M内核，结合了能耗优化的多种外设和时钟架构。EFM32架构特别针对功耗敏感型应用而设计。该架构利用各种功耗模式，使得开发人员能够为可穿戴设备提供最佳的能源效率(见表2)。

　　休眠/待机(Sleep/Standby)(即EFM32 MCU的EM1模式)—能够以稍高点的功耗代价快速返回到活动模式(通常通过中断方式)。这种模式中，EFM32功耗为45μA/MHz;而其他32位MCU通常为200μA。

　　深度休眠(Deep Sleep)(EFM32的EM2模式)--保留MCU的关键单元处于活动模式，同时禁止高频系统时钟和其他非必要载荷。在这种模式下，EFM32功耗低至900nA;而其他32位MCU通常为10-50μA。

　　停机(Stop)(EFM32的EM3模式)--深度休眠模式的增强版本，能够进一步节省功耗，同时保持有限的自治性外设活动和快速唤醒能力。在这种模式下，EFM32功耗为0.59μA;而其他32位MCU通常为10-30μA。

　　关机(Off)(EFM32的EM4或者关断模式)—这种“near-death”状态保存最小的可被外界刺激触发的唤醒功能。这种节能效率的代价是显着增加唤醒时间。在这种模式下，EFM32功耗为20nA(RTC运行时是420nA);而其他32位MCU通常为1.5μA。

　　后备电池模式(Backup Battery Mode)—EFM32的独特特性，提供一个可替代关机模式的极具吸引力的替代模式，保留更多关键功能，并且支持更快的唤醒能力。

　　表2 :EFM32 MCU为可穿戴应用提供的一系列功耗模式

　　智能外设就是智能设计

　　许多MCU都至少拥有几个外设用于执行周期性任务、I/O和内务处理任务，而同时CPU能够保持在它的低功耗休眠模式之一。一些MCU也拥有自治性外设，用以执行多种无需CPU干预的功能(例如计数器/定时器、ADC、DAC、GPIO、串行收发器等)。例如所有被EFM32 Gecko MCU支持的片上外设都拥有自治功能，可以在一个或多个设备休眠模式上保持活动状态。这与那些在最低能耗模式下仅支持有限活动功能(例如GPIO唤醒和RTC操作)的MCU形成鲜明对比。

　　除了拥有其他MCU所提供的计数器/定时器、ADC、DAC、GPIO和串行通信单元之外，EFM32 MCU系列产品的外设集还包括：

　　●电容感应控制器—感应NxN网格(最大16点)内触摸板触点和坐标，而无需CPU干预，并且CPU可以保持在EM2能耗模式。

　　●LCD驱动程序—可以从内存通过DMA驱动段码型LCD或TFT显示屏，而无需CPU干预。

　　●模拟比较器—可以监视警报/报警条件的门限电压，而无需CPU干预。

　　●带有DMA功能的Low Energy UART(LEUART)—可以在CPU处于EM2功耗模式下保持数据接收能力，无需唤醒CPU。

　　●Low Energy Sensor(LESENSE)接口—可以与最大16个模拟传感器(包括电阻型、电感型和电容型)协同工作，构成一个自治状态机。

　　大多数外设功能的活动，包括串口通信、计数器/定时器、模拟和数字比较器、高级I/O，都由专门的低功耗反射总线(称为Peripheral Reflex System或者PRS)进行协调。来自一个外设的事件和信号能够作为输入信号，或者被其他外设作为触发器，从而确保时序关键的操作并减少软件负荷。这些高级特性使得EFM32 Gecko MCU能够提供优秀的32位计算性能，同时使得可穿戴产品设计具有超低功耗和更长电池寿命。

　　最小化能耗中的软件力量

　　为了简化开发过程、缩短上市时间、获得最佳能效，可穿戴产品设计者必须考虑MCU供应商所提供的开发生态系统的有效性和易用性。为了使开发过程更加容易、快速和有效，开发人员应当使用完整、简单易用的平台，该平台能够为他们提供完成项目所需的一切资源，从初始概念设计到最终产品。同样重要的是，生态系统应当提供可以使开发人员优化产品能耗的辅助设计工具。

　　例如，Silicon Labs的Simplicity Studio开发平台包括了实时能耗配置和分析工具，是为了估算能耗、平衡性能和能效。Simplicity Studio energyAware Battery Calculator帮助开发人员评估电流消耗和电池寿命。开发人员能够选择EFM32 MCU Energy Mode和电池配置，并且在编写任何代码之前评估功耗。energyAware Profiler(见图4)实时分析电流消耗，如果电流消耗太高，可以帮助开发人员识别应当被优化的代码区域。

　　图4:诸如Simplicity Studio energyAware Profiler的开发工具能够帮助设计人员调整他们的可穿戴应用以优化能源效率

　　通过简单的观察电流消耗的图形输出，开发人员可以快速查看是否有任何功耗显着增加。要采取进一步措施，可以单击图表上一个点，选定应用并显示与电流消耗相关的C代码行，这对于开发人员来说非常有价值。这种能力能够帮助开发人员追踪电流消耗中异常数值到特定代码行，并进行优化。最后，这种能耗感知能力对于电池供电的可穿戴应用来说特别关键，它能够让开发人员了解每个mA数(甚至μA数)消耗在何处。

　　结论

　　为了集成复杂技术和高性能组件到空间和能耗都受限的设计中，为腕上革命而设计的制胜产品需要对可穿戴应用需求的现状以及最新的设计方法有深度的理解。智能手表、便携式健身追踪器、智能眼镜和其他可穿戴计算设备正在改变着我们所知的与便携式电子产品设计有关的一切事项。

　　可穿戴设备也正在改变着设计工程师的设计规则，他们必须完美的集成精密传感、计算、显示和无线技术到成本受限、引人入胜、超级紧凑的设计中，并且能够在单一可替换电池或其他受限电源供电下工作数月。新型的可穿戴计算产品正在以更快的速度出现在市场中，每一个设计创新都在打破着我们对最终用户体验的预期。腕上革命才刚刚开始!