微控制器 （MCU） 創(chuàng)新正在悄悄地以更小的外形尺寸封裝更多的智能。這些進(jìn)步使操作系統(tǒng)（OS）能夠用于小型傳感器設(shè)備，如可穿戴設(shè)備。

可穿戴設(shè)備、物聯(lián)網(wǎng)傳感器趨勢(shì)

在更小尺寸的可穿戴設(shè)備和傳感器設(shè)備中，智能正在增加。如今的MCU體積小，具有足夠的成本效益，可用于各種傳感器應(yīng)用，而這些應(yīng)用以前不包括價(jià)格和尺寸要求。隨著MCU在這些應(yīng)用程序中的激增，運(yùn)行在這些應(yīng)用程序中的操作系統(tǒng)也是如此。

向可穿戴設(shè)備添加操作系統(tǒng)在特性、功能和上市時(shí)間優(yōu)勢(shì)方面打開(kāi)了新的大門(mén)。問(wèn)題就變成了，僅僅使用任何針對(duì)MCU的操作系統(tǒng)就足夠了，還是必須針對(duì)這些設(shè)備調(diào)整操作系統(tǒng)？

RoweBots最近在可穿戴設(shè)備技術(shù)會(huì)議上宣布了“可穿戴OS”的可用性，該技術(shù)專門(mén)針對(duì)可穿戴設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)（支持物聯(lián)網(wǎng)）的設(shè)備進(jìn)行了優(yōu)化。

“可穿戴操作系統(tǒng)”的出現(xiàn)

RoweBots的歷史包括用于安全性和可靠性至關(guān)重要的軍事系統(tǒng)中使用的Unison RTOS。這段歷史包括傳統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)實(shí)踐，涉及在特定處理器架構(gòu)上移植和運(yùn)行操作系統(tǒng)，為板級(jí)支持包（BSP）添加驅(qū)動(dòng)程序，以及為嵌入式應(yīng)用開(kāi)發(fā)提供API。

在過(guò)去的10年里，RoweBots也一直在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域工作。“我們的操作系統(tǒng)產(chǎn)品以MCU和小型微處理器為目標(biāo)，目標(biāo)是創(chuàng)建高效的設(shè)計(jì)，”RoweBots首席執(zhí)行官Kim Rowe說(shuō)。“隨著時(shí)間的推移，實(shí)時(shí)需求已經(jīng)減少。閃存和RAM尺寸已成為嵌入式和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵成本因素。

羅威提到了他們的可穿戴操作系統(tǒng)的兩個(gè)關(guān)鍵重點(diǎn)領(lǐng)域：

能夠在一個(gè)小包裝中做更多的事情。對(duì)精益產(chǎn)品開(kāi)發(fā) （LPD） 的支持是 RoweBots 物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)的基石（圖 1）。

基于嵌入式 Linux 的開(kāi)放式 API 允許 RoweBots 操作系統(tǒng)產(chǎn)品集成與平臺(tái)上所需的功能和可用資源相匹配的庫(kù)。

“在開(kāi)發(fā)可穿戴操作系統(tǒng)時(shí)，我們采用了一種更打包的方法來(lái)提供實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（RTOS），”Rowe解釋說(shuō)。“我們并沒(méi)有止步于控制器的芯片支持包。我們添加了處理特定垂直市場(chǎng)的軟件包。可穿戴設(shè)備就是這些目標(biāo)之一。這項(xiàng)工作的三個(gè)關(guān)鍵支柱是為可穿戴產(chǎn)品提供硬件支持，優(yōu)化軟件設(shè)計(jì)，以及加快上市時(shí)間。

可穿戴設(shè)備的世界需要一整套操作系統(tǒng)/處理器支持、連接、存儲(chǔ)和云連接。此外，安全要求也很重要，RoweBots在軍事工業(yè)中使用Unison RTOS的歷史使他們?cè)诶斫獍踩紤]因素方面取得了進(jìn)展。其中大部分也被納入可穿戴設(shè)備。

Rowe提到了不要停止MCU操作系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)以及制造商提供的傳感器驅(qū)動(dòng)程序支持的重要性。“傳感器支持需要是通用的，”他說(shuō)。“允許開(kāi)發(fā)人員使用任意數(shù)量的溫度傳感器、加速度計(jì)或任何所需的外設(shè)，以允許選擇并保持硬件獨(dú)立性和抽象性，這一點(diǎn)非常重要。

電源管理

電源管理是另一個(gè)關(guān)鍵組件。一些MCU被簡(jiǎn)單地設(shè)計(jì)為非常低的功耗，幾乎沒(méi)有功耗模式。因此，例如，與ARM處理器的功能相比，大多數(shù)MCU的電源管理都很簡(jiǎn)單。

“MCU制造商通常會(huì)嘗試最大限度地提高全方位的電源效率，”Rowe說(shuō)。“然而，在一些更先進(jìn)的處理器中，電源管理已經(jīng)邁出了一大步。在你可以做些什么來(lái)睡覺(jué)和再次醒來(lái)方面，還有更多的選擇。

Rowe提到的一些選項(xiàng)涉及可以更新的硬件中的集成電源模式，以及某些能夠喚醒軟件的芯片事件。

可穿戴連接

無(wú)線連接是可穿戴設(shè)備的另一個(gè)重要功能。Kim提到了體育產(chǎn)業(yè)中一些有趣的應(yīng)用，這些應(yīng)用需要不同的無(wú)線電類(lèi)型。“我們的操作系統(tǒng)需要根據(jù)運(yùn)動(dòng)支持三種不同類(lèi)型的無(wú)線電，”Row說(shuō)。“一種是用于自行車(chē)比賽等個(gè)人操作。可穿戴設(shè)備用于提供有關(guān)速度，生命體征和碰撞信息的指標(biāo)。這些東西使用藍(lán)牙低功耗（BLE）。另一個(gè)延伸是公路賽或馬拉松比賽，你不想隨身攜帶手機(jī)。這些應(yīng)用需要長(zhǎng)距離 （LoRa） 無(wú)線電。足球或籃球應(yīng)用是第三個(gè)例子。這些應(yīng)用程序使用802.14，它允許隊(duì)友之間的組通信功能“。

羅威補(bǔ)充說(shuō)，羅威機(jī)器人已經(jīng)為傳統(tǒng)的嵌入式市場(chǎng)提供了一段時(shí)間的LTE和Wi-Fi解決方案。過(guò)去，他們也使用專有連接，如衛(wèi)星電話。一個(gè)示例應(yīng)用是卡特彼勒低成本跟蹤器。

可穿戴安全

可穿戴設(shè)備的兩個(gè)關(guān)鍵方面是通信/信息安全以及軟件更新安全性和身份驗(yàn)證。在過(guò)去的六年中，Unison RTOS已經(jīng)配備了完整的無(wú)線（OTA）更新功能，并始終關(guān)注安全性。這些功能在他們的可穿戴操作系統(tǒng)環(huán)境中被采用。

“每個(gè)人都想談?wù)摪踩珱](méi)有人愿意為此付費(fèi)，”Rowe說(shuō)。“大約5年前，我們決定，使用我們的操作系統(tǒng)部署不安全的系統(tǒng)是不可接受的。因此，我們免費(fèi)捆綁了重要的安全功能。

“例如，傳輸層安全性（TLS）通信是標(biāo)準(zhǔn)配置，以及用于文件傳輸?shù)陌踩玈FTP和用于遠(yuǎn)程控制（登錄和命令執(zhí)行）的SSH，”他補(bǔ)充道。

安全啟動(dòng)是可穿戴設(shè)備的另一個(gè)關(guān)鍵方面。這對(duì)于確保 OTA 更新的安全性非常重要。根據(jù)處理器的功能，它可以包含在硬件中或在軟件中模擬。

例如，i.MX6（恩智浦/飛思卡爾）和RZ（瑞薩電子）安全啟動(dòng)技術(shù)以及其他類(lèi)似機(jī)制將密鑰嵌入硬件中，并提供芯片獨(dú)有的嵌入式加密，用于對(duì)軟件映像進(jìn)行簽名和加密。這允許具有安全啟動(dòng)技術(shù)的平臺(tái)對(duì)映像的源進(jìn)行身份驗(yàn)證，并知道映像本身未損壞，并且還提供了一種機(jī)制，以便在更新未成功發(fā)生或操作中存在錯(cuò)誤時(shí)回滾到以前的版本。所有這些都造就了一個(gè)更可靠、更安全的系統(tǒng)。

Rowe進(jìn)一步承認(rèn)，該公司繼續(xù)努力增強(qiáng)其產(chǎn)品的安全性，包括最近完成的微軟Azure軟件包，其中包括通過(guò)HTTP，MQTT和AMQP協(xié)議的安全通信，以及云平臺(tái)本身。

圖形和用戶界面

也許與可穿戴設(shè)備和智能傳感器相關(guān)的最有趣的挑戰(zhàn)是獨(dú)特的圖形和用戶界面（UI）。在較大的系統(tǒng)上，有很多功能和屏幕區(qū)域可用于花哨的圖形和用戶交互。這些系統(tǒng)也往往非常耗電。

在較小的一端，對(duì)于手表和手腕可穿戴設(shè)備，Rowe指出，可穿戴操作系統(tǒng)通常使用供應(yīng)商推薦的軟件包或第三方供應(yīng)商的超低功耗圖形和UI組件。毫不奇怪，可穿戴設(shè)備編程很像傳統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)編程，使用應(yīng)用程序庫(kù)和C/C++編程語(yǔ)言，帶有Eclipse變體或嵌入式集成開(kāi)發(fā)環(huán)境（IDE）。

BSD 套接字網(wǎng)絡(luò)、文件 I/O 以及嵌入式 Linux 和符合 POSIX 標(biāo)準(zhǔn)的 API 可加快這些構(gòu)建中的開(kāi)發(fā)速度。Kim引用了一個(gè)嵌入式Linux應(yīng)用程序示例，該示例使用這些工具在2天內(nèi)在操作系統(tǒng)上移植，運(yùn)行和測(cè)試。移植后，基準(zhǔn)測(cè)試顯示，由于可穿戴操作系統(tǒng)的開(kāi)銷(xiāo)明顯低于嵌入式Linux，在其操作系統(tǒng)上運(yùn)行的同一應(yīng)用程序的幀速率提高了50%。

具有類(lèi)似功能的可穿戴設(shè)備小型化的另一個(gè)令人興奮的例子涉及eSight技術(shù)產(chǎn)品。這些眼鏡可以幫助患有特定類(lèi)型的外周或近視失明癥的人正常看清。eSight將相機(jī)放在鼻梁上，以進(jìn)行自動(dòng)曝光并補(bǔ)償您的特定視力缺陷。在你的臀部，你有縮放和平移控制。可穿戴設(shè)備將圖像放在您眼前的小屏幕上。這項(xiàng)技術(shù)使有視力問(wèn)題的人能夠正常看到，并且實(shí)際上改變了生活。

總結(jié)

可穿戴和物聯(lián)網(wǎng)傳感器和設(shè)備開(kāi)發(fā)需要硬件、軟件的組合以及重用它們的能力，以便在不犧牲性能和可靠性的同時(shí)縮短上市時(shí)間。無(wú)論您是在開(kāi)發(fā)必須集成到更大物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中的醫(yī)療、工廠車(chē)間還是可穿戴設(shè)備，使用垂直操作系統(tǒng)環(huán)境進(jìn)行構(gòu)建都可以通過(guò)更多完成的、經(jīng)過(guò)測(cè)試的代碼來(lái)提高可靠性和安全性，同時(shí)縮短上市時(shí)間，并保持組件和硬件供應(yīng)商的靈活性。

審核編輯：郭婷