如前所述，智能穿戴的數(shù)據(jù)采集重點不在＂實時傳輸＂，使用者在乎的是長時間感測能否精準(zhǔn)到位？想查看監(jiān)測狀態(tài)或進(jìn)一步執(zhí)行其他動作時，要能隨時與手機／外圍行動設(shè)備鏈接。因此，系統(tǒng)的操作功耗及模式切換格外動見觀瞻，而猶如中控指揮所的微控制器 (MCU) 更是節(jié)能主角。另就應(yīng)用面來看，除了醫(yī)療保健，智能穿戴用于工控／農(nóng)漁牧場域、教育訓(xùn)練、定位／追蹤亦多有耳聞，未來甚至可望作為仿生義肢或外骨骼等基本生理輔具使用，因而帶動偵測姿態(tài)和環(huán)境變化的微機電 (MEMS) 組件需求，包括運動傳感器 (Motion Sensor) 和氣壓傳感器。
MCU三大市場：健康照護(hù)、新能源、智能車
欲極小化 MCU 功耗，單靠制程改善只不夠的，芯片本身的架構(gòu)設(shè)計，才是決定電源效率的玄機。以超低漏電處理、創(chuàng)新自主動態(tài)電壓調(diào)整與五種低功率模式聞名的意法半導(dǎo)體 (ST) 在低功耗 MCU 頗負(fù)盛名，多年來一直是 8 位 MCU 市場的常勝軍，蟬聯(lián)全球冠軍多年，迄今出貨量已逾 30 億顆；其基于 ARM Cortex-M 內(nèi)核開發(fā)的 32 位新款 Flash MCU——＂STM32L4+＂，更在去年底甫發(fā)布之際，隨即在＂嵌入式微處理器基準(zhǔn)協(xié)會＂(EEMBC) 之超低功耗測試 (ULPBench) 獲得傲視群雄的佳績。產(chǎn)品代號中的＂L＂，即是超低功耗設(shè)計之意。
欲極小化 MCU 功耗，單靠制程改善只不夠的，芯片本身的架構(gòu)設(shè)計，才是決定電源效率的玄機。以超低漏電處理、創(chuàng)新自主動態(tài)電壓調(diào)整與五種低功率模式聞名的意法半導(dǎo)體 (ST) 在低功耗 MCU 頗負(fù)盛名，多年來一直是 8 位 MCU 市場的常勝軍，蟬聯(lián)全球冠軍多年，迄今出貨量已逾 30 億顆；其基于 ARM Cortex-M 內(nèi)核開發(fā)的 32 位新款 Flash MCU——＂STM32L4+＂，更在去年底甫發(fā)布之際，隨即在＂嵌入式微處理器基準(zhǔn)協(xié)會＂(EEMBC) 之超低功耗測試 (ULPBench) 獲得傲視群雄的佳績。產(chǎn)品代號中的＂L＂，即是超低功耗設(shè)計之意。
ST 大中華暨南亞區(qū)資深產(chǎn)品營銷經(jīng)理楊正廉表示，＂健康照護(hù)＂與新能源、智能車是今后 MCU 三大市場，而智能穿戴等新科技可協(xié)助預(yù)測性診斷并降低慢性病的治療成本。問市正邁入第十一個年頭的＂STM32L 系列＂，已廣泛應(yīng)用于心電圖 (ECG)、指夾式脈搏血氧儀、血糖儀、超音波及各類定點照護(hù)／生化分析設(shè)備；憑借先前豐功偉績，涉入健康類的智能穿戴倒也顯得順理成章。值得留意的是，盡管有越來越多的同業(yè)傾向?qū)o線連接功能整合到 MCU 中，穩(wěn)坐全球第三大通用型 MCU 供貨商的 ST 仍堅持以標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品銷售，將選擇權(quán)和靈活度留給用戶。
照片人物：ST 大中華暨南亞區(qū)資深產(chǎn)品營銷經(jīng)理楊正廉
STM 32L4+ 新登場：內(nèi)建獨立＂圖形控制器引擎＂的MCU
楊正廉介紹，＂STM32L＂有三大家族：STM32L0 / STM32L4 / STM32L4+，分別對應(yīng)入門級設(shè)備 (健身手環(huán))、長期監(jiān)測／記錄／計算的中端產(chǎn)品 (定位或偵測心率)，以及帶有圖形用戶接口 (GUI) 設(shè)計的高端對象。＂高性能圖形處理＂是 STM32L4+ 最吸睛的賣點，它額外內(nèi)建一個名為＂Chrom-GRC＂的圖形控制器引擎，處理圓形顯示時，不會因管理從未顯示的像素而浪費內(nèi)存資源，一如處理方形顯示時的干凈利落。當(dāng)然，若有足夠的儲存空間做后盾，圖形處理、運算的流暢度將更趨完美；據(jù)悉 STM32L4+ 片上閃存容量是同級產(chǎn)品最高者。
楊正廉介紹，＂STM32L＂有三大家族：STM32L0 / STM32L4 / STM32L4+，分別對應(yīng)入門級設(shè)備 (健身手環(huán))、長期監(jiān)測／記錄／計算的中端產(chǎn)品 (定位或偵測心率)，以及帶有圖形用戶接口 (GUI) 設(shè)計的高端對象。＂高性能圖形處理＂是 STM32L4+ 最吸睛的賣點，它額外內(nèi)建一個名為＂Chrom-GRC＂的圖形控制器引擎，處理圓形顯示時，不會因管理從未顯示的像素而浪費內(nèi)存資源，一如處理方形顯示時的干凈利落。當(dāng)然，若有足夠的儲存空間做后盾，圖形處理、運算的流暢度將更趨完美；據(jù)悉 STM32L4+ 片上閃存容量是同級產(chǎn)品最高者。
這點對于許多強調(diào)視覺顯示、且重視 GUI 操作體驗的穿戴設(shè)備絕對是加分；加上 ST 獨有的＂Chrom- ART Accelerator＂創(chuàng)新圖形加速技術(shù)，更是引進(jìn)虛擬現(xiàn)實 (VR)／增強現(xiàn)實 (AR)，以及為人工智能 (AI) 預(yù)做準(zhǔn)備的邊緣計算 (Edge Computing) 不可或缺的關(guān)鍵。Chrom- ART Accelerator 可處理具有重復(fù)性的 2D 圖形運算，可執(zhí)行 2D 圖形數(shù)據(jù)復(fù)制、圖形透明和 alpha-blending (α混合) 運算，以及像素格式轉(zhuǎn)換，處理速度較主 CPU 快一倍；節(jié)省下來的 CPU 周期可分配給圖形運算同步進(jìn)行的實時處理任務(wù)或用于更復(fù)雜的圖效算法。
STM32 生態(tài)系強大，單一 IDE 讓開發(fā)無障礙
STM32L4+ 還提供資源豐富且經(jīng)市場檢驗的 STM32 開發(fā)生態(tài)系統(tǒng)，協(xié)助開發(fā)者簡化設(shè)計并縮短產(chǎn)品上市時間，包括：價格親民的原型開發(fā)板、軟件范例、免費工具、第三方軟／硬件和集成開發(fā)環(huán)境 (IDE)；既有已開發(fā)完成的應(yīng)用軟件不必修改即可無痛植移至新一代產(chǎn)品運行，讓先前研發(fā)心血不會白費。事實上，已進(jìn)入量產(chǎn)階段的 STM 32L4+ 亦適合作為智能手表、小型醫(yī)療設(shè)備、智能電表及工業(yè)傳感器等產(chǎn)品的中央控制器，這些應(yīng)用的共同特性是：功能復(fù)雜、須快速響應(yīng)并在最短時間內(nèi)休眠／喚醒，且豐富的除錯功能特別適合安全應(yīng)用。
STM32L4+ 還提供資源豐富且經(jīng)市場檢驗的 STM32 開發(fā)生態(tài)系統(tǒng)，協(xié)助開發(fā)者簡化設(shè)計并縮短產(chǎn)品上市時間，包括：價格親民的原型開發(fā)板、軟件范例、免費工具、第三方軟／硬件和集成開發(fā)環(huán)境 (IDE)；既有已開發(fā)完成的應(yīng)用軟件不必修改即可無痛植移至新一代產(chǎn)品運行，讓先前研發(fā)心血不會白費。事實上，已進(jìn)入量產(chǎn)階段的 STM 32L4+ 亦適合作為智能手表、小型醫(yī)療設(shè)備、智能電表及工業(yè)傳感器等產(chǎn)品的中央控制器，這些應(yīng)用的共同特性是：功能復(fù)雜、須快速響應(yīng)并在最短時間內(nèi)休眠／喚醒，且豐富的除錯功能特別適合安全應(yīng)用。
圖：STM 32L4+ 整合安全保護(hù)功能
資料來源：ST 提供
至于外骨骼等須以馬達(dá)驅(qū)動的新興輔具，則屬另一條 STM32F4 / STM32F7 產(chǎn)品線范疇，允許開發(fā)者自行調(diào)頻和設(shè)置電源管理選項。楊正廉統(tǒng)整＂STM32 系列＂最大優(yōu)勢在于：1.現(xiàn)有 40 余個產(chǎn)品線、700 多款單品可供選用；2.用戶若需整合傳感器等其他組件，ST 可協(xié)同內(nèi)部資源或外部伙伴提供系統(tǒng)級封裝 (SiP) 產(chǎn)品；3.開發(fā)環(huán)境為開放式，只要名列《ST 合作伙伴計劃》的供貨商，即使是不同品牌產(chǎn)品，也能在同一個環(huán)境中開發(fā)，避免版本不兼容或轉(zhuǎn)檔麻煩，涵蓋軟／硬件開發(fā)工具、嵌入式軟件、組件、模塊，乃至培訓(xùn)、工程服務(wù)和云端等領(lǐng)域。
可防水的 MEMS 運動傳感器大受歡迎
近來坊間陸續(xù)出現(xiàn)基于＂電位差或磁場變化＂的先進(jìn)仿生設(shè)備的概念原型，理論上，都會用到 MEMS 傳感器；現(xiàn)有一些復(fù)健／姿勢矯正、居家防跌照護(hù)或室內(nèi)導(dǎo)航的穿戴輔具，也少不了 MEMS 傳感器協(xié)助。ST 模擬、微機電與感測組件應(yīng)用經(jīng)理陳建成舉例，利用＂加速度計＋陀螺儀＋磁力計＂的九軸運動傳感器記錄運動員的動作軌跡，據(jù)以修正或訓(xùn)練體能，傷員復(fù)健動作是否確實到位？內(nèi)建加速度計和氣壓計的智能衣／鞋襪，偵測老人作息角度是否有異？另人工關(guān)節(jié)亦需六軸傳感器以利活動，就連非直接穿戴上身的電動輪椅也要加速度計感測坡度。
近來坊間陸續(xù)出現(xiàn)基于＂電位差或磁場變化＂的先進(jìn)仿生設(shè)備的概念原型，理論上，都會用到 MEMS 傳感器；現(xiàn)有一些復(fù)健／姿勢矯正、居家防跌照護(hù)或室內(nèi)導(dǎo)航的穿戴輔具，也少不了 MEMS 傳感器協(xié)助。ST 模擬、微機電與感測組件應(yīng)用經(jīng)理陳建成舉例，利用＂加速度計＋陀螺儀＋磁力計＂的九軸運動傳感器記錄運動員的動作軌跡，據(jù)以修正或訓(xùn)練體能，傷員復(fù)健動作是否確實到位？內(nèi)建加速度計和氣壓計的智能衣／鞋襪，偵測老人作息角度是否有異？另人工關(guān)節(jié)亦需六軸傳感器以利活動，就連非直接穿戴上身的電動輪椅也要加速度計感測坡度。
同部門資深技術(shù)營銷工程師謝景翔補充，室內(nèi)動線的航位推算 (DR) 亦是大宗應(yīng)用。由于全球衛(wèi)星定位系統(tǒng) (GPS) 室內(nèi)易有信號死角——尤其是存在樓層高度時，MEMS 傳感器可借助磁場變化，協(xié)助停車場／賣場／醫(yī)院做人、物的定位及動線追蹤。另有高檔防水手表會內(nèi)建氣壓計，偵測手表是否破損而有進(jìn)水風(fēng)險；而三星最新的 Samsung Gear Fit 2 Pro 智能手環(huán)，亦采用 ST 的壓力傳感器提升水下測量精度。此時，若電子組件本身具防水功能，可省去外部防水機構(gòu)成本。若顧慮到穿戴設(shè)備的清潔需要，耐水洗與導(dǎo)電材質(zhì)是設(shè)計及布局的重要考慮。
照片人物：ST 模擬、微機電與感測組件應(yīng)用經(jīng)理陳建成 (左) 及資深技術(shù)營銷工程師謝景翔 (右)
欲窮千里目，LPWAN 實現(xiàn)遠(yuǎn)距監(jiān)測
上述應(yīng)用若要進(jìn)一步智能化警示，必須仰賴無線通信技術(shù)將感測信息傳遞到負(fù)責(zé)照護(hù)或緊急處置的個人或單位手上。陳建成相對看好不須與手機鏈接、可單獨運行的＂non- mobile＂穿戴應(yīng)用，而覆蓋范圍廣、費用相對低廉的 SIGFOX，是低功耗廣域網(wǎng) (LPWAN) 不錯的傳輸技術(shù)，可跨國異域監(jiān)控；但他不諱言，在完成基礎(chǔ)設(shè)施布建后，今年將是其關(guān)鍵年。不過，為因應(yīng)不同用戶偏好，ST 亦有 LoRa 產(chǎn)品可供匹配，或可作為特定區(qū)域內(nèi)的私有網(wǎng)絡(luò)方案。
上述應(yīng)用若要進(jìn)一步智能化警示，必須仰賴無線通信技術(shù)將感測信息傳遞到負(fù)責(zé)照護(hù)或緊急處置的個人或單位手上。陳建成相對看好不須與手機鏈接、可單獨運行的＂non- mobile＂穿戴應(yīng)用，而覆蓋范圍廣、費用相對低廉的 SIGFOX，是低功耗廣域網(wǎng) (LPWAN) 不錯的傳輸技術(shù)，可跨國異域監(jiān)控；但他不諱言，在完成基礎(chǔ)設(shè)施布建后，今年將是其關(guān)鍵年。不過，為因應(yīng)不同用戶偏好，ST 亦有 LoRa 產(chǎn)品可供匹配，或可作為特定區(qū)域內(nèi)的私有網(wǎng)絡(luò)方案。
最后，當(dāng)問到心目中的夢幻穿戴產(chǎn)品是什么？熱衷登山的陳建成說，如果有一支能兼具報時、預(yù)示環(huán)境變化且可實時發(fā)送求救信息的手表，他應(yīng)該會買單；而 ST SLM6DSxx 慣性運動傳感器 (三軸加速度計＋三軸陀螺儀) 會是最佳選擇，因為超低功耗可＂始終開啟＂(Always-On)，可與已整合傳感器集線器的基帶 (baseband) 芯片搭配，并可支持任何一種應(yīng)用處理器 (AP)；更重要的是，溫度耐受幅度大、且有精準(zhǔn)的溫度補償機制。
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