可穿戴电子体系的开展,不管生物计量、通讯仍是虚拟现实,都将嵌入式体系概念延伸到新的未知领域。把传感器和输出设备放到操作人员身上,产生了一个新词–电子人:人类和嵌入式体系的结合。
可穿戴体系为实践运用拓荒了新前景,需求从头展望嵌入式体系结构。以可黏贴或许可摄入办法所运用的传感器群彻底与传统的电源、接地和I/O衔接相阻隔。为完结细小体积以及近乎零功耗,小传感器群要支撑传统的本地信号处理、存储和无线互联,并且不限于此。这是规划师必需求处理的两难问题。
把体系分隔
处理可穿戴体系难题的一种办法是参照传统的嵌入式体系规划,这包含了传感器、致动器以及与用户身体衔接的显示屏等。在移动性、舒适性和可躲藏需求的推进下,需求把体系分隔。传感器、输出设备和核算资源在物理上互相分隔后,看一下体系体系结构会有什么改变。
作为一个比方,参阅智能眼镜的规划。为防止陈词滥调,咱们不评论咱们了解的消费类产品,而是看一下工业设备供货商 XOEye 规划的眼镜。这些眼镜用于元器材调查、库存处理、现场保护等活动。这一体系具有立体装置 720 线视频摄像机、语音输入,以及 LED 和语音输出,规划完结了以交互式办法协助人们完结某些预先界说好的使命。
XOEye 首席技能官 Jon Sharp 解说说,这一眼镜收集并剖析用户所看到的立体图画,增强了对元器材的分辩才能,不需求物理触摸或许丈量东西就可以丈量尺度和形状,在修理过程中与技能人员交互–“先调整左边的螺丝”,或许经过闪耀的赤色LED正告有或许呈现的安全损伤。“不要到那里去!”
这类规划传统的办法会运用装置在眼镜上的摄像机和麦克风,然后进行视频处理,方针辨认,经过背在后边的背包和电池树立无线通讯链路。对这一规划,传统的用户呼应是看一下背包,然后小心谨慎弯下腰去运用体系。
让咱们进入可穿戴技能这一概念。XOEye的办法是完结彻底自主的眼镜。这一方针很明显有空间和功耗约束。咱们不或许变魔术,这些约束迫使有必要长途完结某些核算,一般是在云端。可是对核算载荷进行区分也带来了新的规划难题。
树立链接
在物联网(IoT)上,把许多的核算使命移到云端并不是什么新概念。创想技能公司事务开发资深总监 Chakra Parvathaneni 指出,这种区分随运用而不同。他注意到,“家庭恒温调节器有许多本地处理使命,可是苹果的Siri简直都在云端。”
在XOEye的比方中,把使命移到云端意味着要么有满足的带宽来传送原始格局的两路视频流,要么在眼镜中实时完结视频压缩。后者选用现有的媒体处理芯片是可行的,可是要有体积适宜的电池。可是,还有另一个问题。
Sharp 提示说,“即便没有链接时,您也有必要坚持人机接口以及某些功用。例如,当您失掉 WiFi 衔接时,必定要实时辨认安全问题。” 某些功用会要求必定程度的接连实时呼应 – 互联网远端的云核算是无法确保的。
这些问题要求进行本地处理,与眼镜的巨细、分量和功耗约束相对立。XOEye开始想选用MCU 与加速器相结合的OMAP体系结构来处理这一问题。OMAP SoC可以处理传统的媒体处理使命,可是,Sharp感叹到, “无法完结实时立体测距。” 因而,XOEye转向CPU加FPGA的办法,不管运用需求什么样的使命,他们都可以树立高能效的本地加速器。
智能集线器
即便工作条件可以确保与无线集线器的本地互联,从集线器经过互联网到云端的来回链路仍然会引进不行承受的不确定性。这是IoT所面对的结构难题之一。考虑到这些状况,假如要在可穿戴设备之外完结某些核算使命,那么,可以将其放在本地无线集线器上,而不是云端 (图1)。当然,这就不能只运用商用WiFi集线器。
图1. 可穿戴嵌入式体系成为智能集线器无线网络
在WiFi集线器中集成核算节点大幅度进步了体系规划的灵活性。相对而言,集线器在空间和功耗上一般不受约束,因而,您可以把一些核算和存储资源放在那里。短间隔WiFi链路可以供给牢靠的宽带、可猜测的延时衔接,支撑集线器参加要害操控或许人机接口循环,在这其间,意外的延时会带来问题。并且,集线器带有多使命CPU和相应的加速器,完结许多长途可穿戴设备的处理使命。
智能射频
假如可穿戴设备比眼镜小许多,比方腕带,置入到鞋内的器材,以及大点的药丸等,那会怎样呢?没有满足的空间包容大电池,就无法支撑大功率,WiFi也就无法一向坚持接通。无线办法转向了蓝牙或许功耗极低的短间隔链路。集线器现在自身成为可穿戴设备,装在皮带上或许口袋里,与传感器在一米间隔内 – 假如只支撑近场无线链路,那就或许会十分近。而使命区分问题以很风趣的办法发生了改变。
一些难题反而促进了可穿戴设备的开展。至少要包含传感器、查询这些传感器的操控器,以及无线接口。细心的调整占空比,细小电池可以支撑这些负载–低能耗设备。可是,现在把核算放在哪里呢?
传感器和榜首级传感器处理之间的带宽成为很大的问题。无线链路可以实时承载来自传感器的原始数据流吗?假如不能,能否把一些能耗花在进步链路带宽,或许传感器的本地处理上?假如体系用户模型改变了,答案会不同吗?