可穿戴设备领域FPGA产品大有可为

FPGA芯片是一个特殊的产品，其主要应用领域是通信行业，它如何在可穿戴设备、功耗敏感的设备、移动设备领域进行应用和创新呢？4月11日，在由中国电子报社主办的2014可穿戴设备产业链创新论坛上，京维雅格北京科技有限公司服务发展部副总裁王海力指出，在市场激烈竞争和应用创新为王的时代里，小尺寸、低功耗、低成本的FPGA产品将为智能手机、可穿戴设备提供不可思议的功能。

可穿戴设备设计面临五大难题

根据2013年可穿戴技术创业投资报告，2013年腕戴式产品（腕带和手表）投资交易数量最大，占比超过1/3，交易额占比超过2/3，是可穿戴技术最热门的领域。头戴式和眼镜类可穿戴设备的合计交易数量、交易额均位于腕带式产品之后。

王海力分析，究其原因，是头戴式和眼镜类产品的功能更为复杂（主要用于游戏、视觉增强现实感、数据图形可视化、视觉信息分享、“意念”操控等用途），技术开发难度更大，走向市场需要更多时间和历练。与之相反，手环、智能手表类产品在更多企业的推动下，已经更快地走向市场并在广泛而激烈的竞争中实现了迭代。

王海力表示，随着可穿戴设备不断更新换代，设计趋势也越来越明晰，那就是依赖强大的应用处理器和集成更多的传感器。

但是问题也出现了。王海力指出，移动和可穿戴设备的研发正面临5个方面的问题：一是行业内无法同步产品的开发周期，因为可穿戴设备厂商和芯片厂商的设计周期完全不同；二是由于芯片厂商不支持某些标准而降低了设备的灵活性；三是缺乏对传感器的有效管理；四是自定制功能的设计受到制约；五是功耗的再优化与电池尺寸难以权衡。

FPGA找到市场机会

在此背景下，在可穿戴设备领域，FPGA的机会在哪里呢？据王海力介绍，对于小尺寸、低功耗、低成本的FPGA产品来说，其协处理器功能能够减轻应用处理器的工作负担，提升系统性能，降低系统功耗；传感器管理功能能够应对系统中越来越多的传感器对应用处理器带来的性能和功耗方面的挑战；接口扩展及转换功能能够解决应用处理器接口数目少、接口不匹配的问题，能够应对全新的接口以实现快速开发；存储器管理功能能够解决应用处理器没有专门的存储器管理功能、存储器接口已被别的外设占用等问题；视频及图像处理功能能够解决处理显示接口不匹配、分辨率不匹配及多路显示的问题。

具体来看，FPGA作为协处理器是如何减轻处理器负担的呢？王海力表示，多点触摸会在同一时间产生大量的中断给应用处理器，而当系统中带有多个传感器时，它们也有可能在同一时间产生大量的中断，由此产生频繁、大量的中断会严重影像处理器的性能。而通过FPGA，可以对同一时间的多个中断进行存储和管理，并按照优先级将中断传送给处理器，以减轻处理器的负担，提升系统性能。

许多手持设备和可穿戴设备在GPU/CPU进入待机模式时仍需要控制显示，这无疑会增加系统的功耗，这个问题又如何解决呢？王海力表示，以FPGA作为协处理器，就能够以超低功耗将需要显示的内容进行缓存并控制显示，实现智能缓存管理，从而有效降低系统的待机功耗。 （本报记者 赵晨）

奥地利微电子公司应用经理李圣均

传感器测心率/血氧应平衡算法与低功耗

现在很多人都在思考用什么样的传感器，特别是与健康相关的传感器，可以用在可穿戴的设备上，以及面临的问题。4月11日，在由中国电子报社主办的2014可穿戴设备产业链创新论坛上，奥地利微电子公司应用经理李圣均指出，用于测量血压、血氧、血糖、体温的一些传感器，需要解决体积、准确性、功耗等难题。

用光学测心率血氧有三大难题

在智能手表中用光学的方法来测量心率或是血氧的时候可能会遇到哪些问题？李圣均认为，首先，体积一定要小，因为在智能手表中本来可用的空间就很小。其次，测量的可靠性、准确性一定要高。再次，功耗一定要低，成本也一定要低，最好不要花钱。当然最后，还有一些其他的因素需要考虑，比如说戴着一定要舒服等等。

具体来说，一个最基本的智能手表，如果采用分离器件做测量心率的方案，大概需要50多个元器件，测量心率就占掉了PCP板的1/4面积，所以说一个更高集成度的解决方案是必须的。

用光学的方法测量心率，基本原理是当血液流动时，血管会随着心脏的跳动扩张和收缩，通过检测由皮肤反射回来的光强的变化，可以测到心率，这其中是用LED来照亮皮肤的。光打到皮肤上，光强随着心跳变化，同时又有许多因素会影响测量的准确性和可靠性。

另外，手表戴在手上，如果太松或者是太紧都有可能测不到有用的信号。手表哪怕是有轻微的晃动，在输出信号中都会有很强的干扰。这些干扰因素，需要用多种不同的技术来消除或者是减少影响。

降低功耗的处理方法