新一代的可穿戴技术正在由高度集成的片上系统(SOC)设计来实现。ARM和MIPS的最新32位微控制器内核提供高性能，支持新的操作系统，如Android磨损和增加各种外围设备以支持新的显示器、交互式接口和传感器应用。
移动到32位内核允许高级开发工具不仅用于用户应用，而且还用于整个设计的管理，特别是外围设备的电源管理。能够实现复杂的算法，以优化功耗是至关重要的，以获得最佳的电池寿命，这是紧密耦合的外围设备在系统芯片上的设备在心脏的可穿戴设计。
从硅实验室看壁虎EFM32 TG842的图像
图1：Silicon Labs的壁虎EFM32 TG842直接通过外围设备设计可穿戴设计。
处理器核心架构的选择通常取决于系统架构师和设计团队的经验，以及战略公司关系。有许多设计师擅长在ARM和MIPS平台上开发，使用高级C开发工具和与每个不同的硅供应商一起使用的外围管理工具。
诸如硅实验室的小壁虎EFM32 TG842与中央臂CORTEX-M3处理器核心(如图1所示)的设备直接瞄准具有小尺寸和低功耗的可穿戴设计，还针对这样的应用优化了一系列外围设备。飞思卡尔半导体还拥有基于KL16系列ARM CORTEX-M0+设备的一系列片上系统设备，这是其可穿戴式开发平台的一部分。
类似地，来自Microchip技术的PIC32 MX340F512H-80I/PT SOC使用MIPS M4K核心，运行在80 MHz(图2)。
虽然核心速度是相关的，但它并不能说明整个故事。许多外围设备可以独立于核心运行，提供比标题时钟速率所暗示的更多性能。这允许电流消耗保持低，并且有外围管理块，允许数据传输在没有任何CPU干预的情况下被处理。还有一个更广泛范围的通用I/O引脚，引脚输出的选择很大程度上取决于内部外围设备的选择和设计的选择特征。
微芯片PIC32 MX340F512H-80I/PT的图像
图2：微芯片PIC32 MX340F512H-80I/PT运行在80 MHz，外设范围很广。
也有广泛的内存选项。用快速SRAM和片上DRAM来存储和更新代码所需的闪存需要执行，这在很大程度上取决于应用，但也可能受到芯片上系统的选择的影响。外围管理系统和集成传感器接口可以减少中央CPU的代码要求，减少对内存占用的需求。紧凑的指令集和编译器也可以减少内存需求，但这是由于对硬件平台没有优化的标准库的使用日益增加。因此，选择合适的外围设备来在功率、内存和系统成本限制内提供应用程序是非常重要的。
能源管理
能量管理单元用于控制不同的外围设备和存储器块，允许在CPU控制下关闭未使用的块。小壁虎的五种模式(图3)允许快速、慢速和异步外设关闭，以节省电力，然后移动到休眠模式和“停止”模式，以节省更多。电压源比较器也用于从软件监控电源电压来管理功耗。当电源低于或超过可编程阈值时，可以产生中断。响应时间和电流消耗可以通过改变对比较器的电流供应来配置。
小壁虎五种模式的意象
图3：小壁虎中的五种模式允许在可穿戴设计中优化外围功耗。
SOC还包括外围反射系统(PRS)，它允许不同的外围模块彼此直接通信而不涉及CPU。发出反射信号的外围模块称为生产者，PRS矩阵根据接收到的数据将这些反射信号路由到外围设备。这有助于通过减少中央CPU上的负载来减少功耗，允许它处理其他任务，如果不需要则关闭。
传感器
可穿戴设计的关键应用之一是集成和管理一系列传感器。无论是对血压或心率的健康监测、运动性能测量或接近本地环境数据的传感器，与传感器的接口变得越来越重要。小壁虎添加低能量传感器接口(LSESENS)外围设备是一个高度可配置的传感器接口，支持多达八个可单独配置的传感器。通过控制模拟比较器和DAC，LSESENSE能够支持宽范围的传感器和测量方案，并且可以例如测量LC传感器、电阻传感器和电容传感器。
LeSENSE还包括一个可编程的FSM，它能够简单地处理测量结果，而不需要CPU干预，节省功率，并允许CPU集中精力于其他活动。LeSENSE在能量模式EM2中可用，除了EM0和EM1之外，使其在具有严格的能量预算的应用中，例如可穿戴设计中用于传感器监测是理想的。
如果设计者想要更具体地使用外设，那么有一个块可以用来连接到各种类型的传感器。逐次逼近寄存器(SAR)模数转换器具有每秒高达12个比特的分辨率，用于从多个模拟传感器获取数据，因为集成输入多路复用器可以从八个外部引脚和六个内部信号中选择输入。
为了提供数据输出，12位数模转换器(DAC)可以将数字值转换为模拟输出电压，用于刺激传感器或控制外部外围设备，例如小扬声器。这有一个单端输出缓冲器连接到通道0。
如果电流输出不足，EFM32 TG842也有三个运算放大器(运算放大器)。这些有轨到轨差分输入和轨到轨单端输出，并且输入可以被设置为引脚、DAC或另一个运算放大器。输出可以是一个引脚，另一个运算放大器或ADC。电流是可编程的，运算放大器具有各种内部配置，例如单位增益或使用内部电阻器的可编程增益。
绘图
图形是可穿戴设计的一个日益重要的元素。虽然有一个关于控制这种系统的最佳方法的争论，从语音到电容触摸屏，显示技术已经降低了功率和成本，以实现控制接口的新方法。
例如，小壁虎集成了一个LCD驱动器，能够驱动多达8x18段的分段LCD显示器。电压升压功能使其能够提供比器件的电源电压更高的LCD显示器。此外，动画特性可以在没有任何CPU干预的情况下在LCD显示器上运行自定义动画。LCD驱动器也可以保持活跃，即使在能量模式2，并提供帧计数器中断，可以唤醒设备定期更新数据。
现在，新的Android Wear操作系统支持更广泛的显示器，这影响了微控制器中外围设备的选择，以支持更高分辨率的显示器。屏幕的内存要求和刷新率都会影响可穿戴设计的尺寸、成本和功耗。这些问题可以用单独的图形处理器来处理，但是这增加了设计的复杂性、成本和功率，并且许多屏幕控制被集成到设计的核心SoC中。
支持低功耗、单色E-LNK显示器的能力正在演变为对可穿戴设计尤其是手表的多种颜色和更高的帧刷新率的需求。
例如，想象技术开发了一种新的PoPvR图形处理器IP核，它提供了业界最小的Android兼容GPU图形解决方案。在28纳米硅中，只有0.55毫米的足迹，运行在250 MHz，PosivVR系列5XE GX5300核心具有完整的OpenGL ES 2能力，超低功耗，以及想象力先进的PVRTC纹理压缩技术。虽然想象力正在推动MIPS生态系统围绕新的核心，如MyPaTIV，PosivVR GPU也可以与其他处理器核一起使用。
新的GX5300核心建立在以前的系列5设备上，在效率上有实质性的提高，为入门级可穿戴设备和其他小型足迹嵌入式应用提供低功耗解决方案。GX5300使用基于POWER VR可编程着色器的基于平铺的延迟渲染(TBDR)架构，从而导致高性能效率和每帧的最低功耗。与PVRTC纹理压缩技术相结合，具有更高的图像质量的最小内存占用，可以显著减少显示器的存储器需求。
想象为开发者提供了免费访问PosivVR图形SDK，一个跨平台的工具包，旨在支持三维图形应用开发的各个方面。
通用输入/输出(GPIO)
并不是所有可穿戴设计的外围设备都可以包含在芯片中，所以通用I/O引脚(GPIO)是重要的。这个与外界的接口也是电源的主要消耗者，所以能够小心地控制这些引脚是很重要的。作为一个例子，小壁虎有五十三个GPIO引脚分为端口多达十六个引脚。这些引脚可以单独配置为输出或输入。更先进的配置，如开式排水，过滤和驱动强度也可以单独配置的引脚。GPIO引脚也可以被外围引脚连接覆盖，如定时器PWM输出或USAT通信，它可以路由到设备上的几个位置。GPIO支持多达十六个异步外部引脚中断，这使得中断从任何引脚上的设备。此外，引脚的输入值可以通过外围反射系统路由到其他外围设备。
加密
越来越需要保持系统安全和安全，甚至是可穿戴的。最新的SoC设备添加低功耗加密块以与无线链路一起使用，以保护通常发送给云的数据。这些块支持128位或256位密钥的AES加密和解密，它们采取不同数量的处理周期，从而消耗不同数量的功率。AES模块通常是总线的从属，例如AHB，这使得能够有效地访问32位数据和密钥寄存器。
结论
可穿戴设计代表了片上系统设计的前沿，其中大多数外设集成到单件硅中以减小尺寸和功耗。这些外围设备的选择和管理，直接和通过最新的32位操作系统，对终端设计的整体性能，特别是电池寿命产生了显著的差异。