對(duì)于可穿戴技術(shù)，腕部的需求最多，同時(shí)身體其他部位也可能有很多需求。 甚至是我們穿的衣服也正在成為下一大變革的一環(huán)；隨著可穿戴技術(shù)的概念為大家所接受，技術(shù)正變得越來越移動(dòng)化。 作為一個(gè)新興行業(yè)，它依賴眾多技術(shù)，但最離不開的莫過于集成電子元件。 幸運(yùn)的是，對(duì)開發(fā)人員來說，嵌入式電子元件已經(jīng)是可穿戴技術(shù)無可爭(zhēng)辯的最成熟領(lǐng)域，并因此為 OEM 廠商提供了許多機(jī)會(huì)來影響這一新興趨勢(shì)。

可穿戴技術(shù)預(yù)期涵蓋電子元件制造、生物、生化和可再生能源領(lǐng)域，正以一種前所未有方式發(fā)展著。 它帶來了無可估量的創(chuàng)新機(jī)會(huì)，必將在市場(chǎng)上活躍變化數(shù)十年，并會(huì)進(jìn)一步延伸并融入現(xiàn)代生活的方方面面。 這一進(jìn)程我們已經(jīng)走出試探性的第一步，可能會(huì)永久性的改變現(xiàn)代生活。

關(guān)鍵特性

簡(jiǎn)易懷表早在 16 世紀(jì)即已出現(xiàn)，直到第一次世界大戰(zhàn)也沒多大改變，主要變化就是為方便而移到手腕上。 這可以看成第一個(gè)曾經(jīng)出現(xiàn)的“可穿戴技術(shù)”實(shí)例，在隨后的一個(gè)完整世紀(jì)中，它基本只是一種計(jì)時(shí)手段。 當(dāng)然，自從出現(xiàn)集成電子元件后，手表的基本功能已發(fā)了生巨大變化，因此它順理成章地成為可穿戴設(shè)備第一批現(xiàn)代實(shí)例的改造目標(biāo)。

市場(chǎng)分析雜志 IHS Electronics & Media 將這一類設(shè)備定義為因延長(zhǎng)時(shí)間期間而穿戴，并因此用戶體驗(yàn)大大提升，同時(shí)它們擁有先進(jìn)的電路、無線連接和獨(dú)立處理能力。 該雜志進(jìn)一步定義了可穿戴技術(shù)類別：健身、醫(yī)療護(hù)理、工業(yè)、軍事和娛樂。 大體來說，這五個(gè)類別均由不同形式的數(shù)據(jù)采集、處理和顯示技術(shù)組成，重復(fù)本地處理能力需要。

當(dāng)然，在一更技術(shù)性的層面，對(duì)于任何一個(gè)旨在為了延長(zhǎng)各級(jí)別活動(dòng)的時(shí)間期間而穿戴的設(shè)備，其關(guān)鍵屬性將是尺寸和功耗，且兩者都是越小越好。 這些都是集成器件制造商考察多年的要求，并受摩爾定律制約和制造和封裝技術(shù)發(fā)展制約。 現(xiàn)在這項(xiàng)挑戰(zhàn)就是如何將先進(jìn)的半導(dǎo)體技術(shù)與紡織、傳感器和能源領(lǐng)域新興的“智能”解決方案集成在一起。 可穿戴技術(shù)的每一個(gè)方面都依賴最優(yōu)的點(diǎn)解決方案組合。幸運(yùn)的是，已經(jīng)有多種微控制器可以批量供應(yīng)，有效地解決了這一新興行業(yè)的需要。

領(lǐng)先的解決方案

隨著 ARM 與領(lǐng)先的合作伙伴 Freescale Semiconductor 合作推出 Cortex-M0+ 內(nèi)核，眾多 IDM（集成器件制造商）已經(jīng)在其超低功耗產(chǎn)品中采用這種內(nèi)核。 Cortex-M0+ 將多種特性與低功耗運(yùn)行組合到一起，完美契合多種應(yīng)用需要，且當(dāng)運(yùn)用到最新的空間節(jié)省型封裝中時(shí)，它就是能夠?qū)崿F(xiàn)可穿戴技術(shù)的解決方案代表。

例如 Kinetis KL02 就是來自 Freescale Semiconductor，采用 20 引腳 WLCSP（晶圓級(jí)芯片尺寸封裝）封裝選擇，每側(cè)尺寸僅為 2 mm，高度小于 0.6 mm。 除了是 ARM 提供的最小 MCU 外，KL02 還具有九個(gè)低功耗模式，每個(gè)器件均帶有唯一的 80 位標(biāo)識(shí)號(hào)。

獨(dú)特的特性有助于根據(jù)通用處理器內(nèi)核來區(qū)分器件，如 Cortex-M0+。例如，來自 NXP Semiconductor 的 LPC81XM 具有引腳中斷/模式匹配引擎（圖 1），允許在已定義的 I/O 上存在電平，以便使用預(yù)定義布林表達(dá)式獲取，以生成中斷。 對(duì)于需要處理器在睡眠模式花費(fèi)更多周期的應(yīng)用來說，這可能比較有用，因?yàn)榭梢怨?jié)省電池電量。

圖 1：NXP 的 LPC81 系列采用模式匹配引擎來減少 CPU 活動(dòng)。

Zero Gecko 系列則來自 Silicon Labs，在外設(shè)反射系統(tǒng)中集成了類似的特性，但更復(fù)雜。外設(shè)能夠彼此通信，同時(shí)內(nèi)核仍保持低功耗睡眠模式。 Gecko 器件也采用低功耗傳感器接口 （LESENSE） 技術(shù)，這種技術(shù)能夠讓設(shè)備控制多達(dá)十六個(gè)模擬傳感器，而無需 CPU 干預(yù)（圖 2）。 它工作在 900 nA 睡眠模式，可與容性、感性和阻性傳感器連接。 這可能與為健康監(jiān)控或家庭護(hù)理開發(fā)的可穿戴技術(shù)特別相關(guān)，在這些應(yīng)用中傳感器將用于長(zhǎng)期監(jiān)控身體狀況。

圖 2：Silicon Labs 提供的 Gecko 器件中的 LESENSE 接口能夠讓外設(shè)與模塊外設(shè)互動(dòng)，無需使用 CPU。

作為新興市場(chǎng)，“典型”一詞不能用于任何可穿戴技術(shù)，但是由于它明顯只是在穿戴時(shí)才活動(dòng)，因此預(yù)期任何器件大部分時(shí)間不活動(dòng)是合理的。 但是由于任何使用者都希望當(dāng)需要設(shè)備時(shí)就始終能“立即”運(yùn)行，因此如果還要花時(shí)間重新給耗盡的電池充電是決不會(huì)被接受的。 出于這一原因，超低功耗模式對(duì)于確保設(shè)備能始終保持就緒狀態(tài)是至關(guān)重要的，而 Cortex-M0+ 內(nèi)核就是按這種低功耗要求設(shè)計(jì)，IDM 通?？梢允褂盟鼈儗?shí)現(xiàn)總體低功耗戰(zhàn)略。 最后談?wù)剚碜?STMicroelectronics 的 STM32L0 系列，該系列提供待機(jī)模式，當(dāng)實(shí)時(shí)時(shí)鐘 （RTC） 關(guān)閉時(shí)只消耗 0.27 μA 電流（如果 RTC 保持開，則消耗升至 0.65 μA（1.8 V 時(shí)））。 該器件只需 60 μS 即可從待機(jī)模式喚醒，但只保持留存在待機(jī)寄存器中的數(shù)據(jù)。

盡管只提供兩個(gè)低功耗模式，Atmel 提供的這種基于 Cortex-M0+ 的 ATSAMD20 系列也實(shí)現(xiàn)了一種智能外設(shè)方法，能最大程度地降低內(nèi)核活動(dòng)。 事件系統(tǒng)允許外設(shè)直接發(fā)送和接收信號(hào)（事件），無需喚醒內(nèi)核即可執(zhí)行。 它同時(shí)工作在異步和同步兩種模式，事件系統(tǒng)提供八個(gè)可配置通道，并組成五十九個(gè)事件“發(fā)生器”，和十四個(gè)事件“用戶”（圖 3）。

圖 3：Atmel 事件系統(tǒng)技術(shù)允許 ATSAMD20 保持在低功耗工作模式。

能量收集

可穿戴技術(shù)中一個(gè)尚未全面解決的問題就是為設(shè)備提供所需要的能量（雖然很?。?電池仍是主要解決方案，但電池相對(duì)較大，因此我們不可避免的要求或希望使用可持續(xù)的來源為較小的設(shè)備供電。 因此，能量收集概念迅速流行起來。

可穿戴技術(shù)正在快速發(fā)展中，預(yù)期在創(chuàng)新領(lǐng)域?qū)⒂械木薮蟮脑鲩L(zhǎng)潛力。 因此很有可能將永久性地改變我們的生活。