CN104951043B - 可穿戴式控制器及其操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种可穿戴式控制器及其操作方法。可穿戴式控制器包括：处理单元；存储单元；外围接口单元，包括多个外围接口；以及控制模块，耦接于所述处理单元、所述存储单元以及所述外围接口单元；其中，当所述可穿戴式控制器操作于第一操作模式时，所述控制模块是启用的；当所述可穿戴式控制器操作于第二操作模式时，所述控制模块是关闭的。本发明所公开的可穿戴式控制器，在第二操作模式中控制模块是关闭的，因此可以显著减少功率消耗。

Description

可穿戴式控制器及其操作方法

技术领域

本发明涉及一种可穿戴式控制器，特别是低功耗的可穿戴式控制器和相应的控制方法。

背景技术

可穿戴式设备，如手表或其他手腕佩戴的装置，其本身的尺寸相对较小，直径可能小于40毫米。可穿戴式电子装置具有要求用户输入数据、通过软件菜单滚动进行智能交互等的多种功能，如显示、收发电子邮件、收发短信、以及无线通信。由于可穿戴式设备的电池容量有限，减少可穿戴式设备的功率消耗成为一大挑战。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种可穿戴式控制器及其操作方法。

依据本发明一实施方式，提供一种可穿戴式控制器，包括：处理单元；存储单元；外围接口单元，包括多个外围接口；以及控制模块，耦接于所述处理单元、所述存储单元以及所述外围接口单元；其中，当所述可穿戴式控制器操作于第一操作模式时，所述控制模块是启用的；当所述可穿戴式控制器操作于第二操作模式时，所述控制模块是关闭的。

依据本发明另一实施方式，提供一种可穿戴式控制器的操作方法，所述可穿戴式控制器包括处理单元、存储单元、控制模块和外围接口单元，所述控制模块耦接于所述处理单元、所述存储单元以及所述外围接口单元，所述可穿戴式控制器的操作方法包括：当所述可穿戴式控制器操作于第一操作模式时，使能所述控制模块；当所述可穿戴式控制器操作于第二操作模式时，关闭所述控制模块。

本发明所提供的可穿戴式控制器及其操作方法，在第二操作模式中控制模块是关闭的，因此可以显著减少功率消耗。

对于已经阅读后续由各附图及内容所显示的较佳实施方式的本领域的技术人员来说，本发明的各目的是明显的。

附图说明

图1为根据本发明一实施例的可穿戴式设备的框图。

图2为根据本发明另一实施例的可穿戴式设备的框图。

图3为根据本发明又一实施例的可穿戴式设备的框图。

图4为根据本发明一实施例的可穿戴式设备的低功耗方法的流程图。

具体实施方式

在权利要求书及说明书中使用了某些词汇来指称特定的组件。所属领域中的技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同的名词来称呼同样的组件。本权利要求书及说明书并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。在权利要求书及说明书中所提及的「包括」为开放式的用语，故应解释成「包括但不限定于」。另外，「耦接」一词在此包括任何直接及间接的电气连接手段。因此，若文中描述第一装置耦接于第二装置，则代表所述第一装置可直接电连接于所述第二装置，或通过其他装置或连接手段间接地电连接至所述第二装置。

图1为根据本发明一实施例的可穿戴式设备100的框图。可穿戴式设备100包括一个可穿戴式控制器102、存储单元120、时钟产生器140、显示器170和传感器190。可穿戴式控制器102包括处理单元110、控制模块150、定时单元(timing unit)175、外围接口单元(peripheral interface unit)160和存储器转换器(memory wrapper)191。例如，可穿戴式控制器102可以被制作为集成电路(integrated circuit，IC)。处理单元110包括一个或多个处理器(和/或微控制器(MCU))111、高速缓冲存储器(cache memory)112和紧耦合存储器(tightly-coupled memory，TCM)113，其中的高速缓冲存储器112和紧耦合存储器113为处理器111的专用存储单元，以及紧耦合存储器113与高速缓冲存储器112相比具有较低的访问延迟和较低的功率消耗。存储单元120包括易失性存储器(如SRAM)122和非易失性存储器124。在一实施例中，易失性存储器122可以是嵌入式存储器，集成在可穿戴式控制器102的IC中。非易失性存储器124能够在断电时存储指令和数据，以及存储控制可穿戴式设备100的计算机可读程序指令形式的软件程序。非易失性存储器124也可以包含用户界面应用程序，其为可穿戴式设备100提供所需的功能，并输出图形用户界面至显示器170上，显示器170可以是触摸式显示屏(即“触摸屏”)。在一实施例中，非易失性存储器124可以是快闪存储器或只读存储器(ROM)等。时钟产生器140可基于可穿戴式设备100的当前操作模式为可穿戴式设备100的组件提供时钟源。例如，时钟产生器140可以具有多个振荡器(142、144和146)，用于产生多个时钟频率(例如，26MHz，32kHz等)。在一实施例中，振荡器142、144和146可以是硅时钟振荡器，采用微电子机械系统(micro-electro-mechanical systems，MEMS)技术、石英晶体振荡器(quartz crystal oscillator)、或阻容振荡器电路(RC oscillatorcircuits)等。在一实施例中，从振荡器142和146输出的时钟频率可以分别是26MHz和32kHz。此外，从锁相回路(Phase Locked Loop，PLL)电路148输出的时钟频率可以例如为200MHz。在一实施例中，振荡器144可以是低功耗振荡器。当可穿戴式设备100处于“富应用(rich application)”模式时，可以选择由振荡器142提供的最快时钟频率(例如，26MHz)，以及可穿戴式装置100可设置为“应用处理器系统(application processor(AP)system)”。另外，当可穿戴式设备100处于待机模式或省电模式时，可穿戴式设备的100的功率消耗应尽可能的减少，因此将从低功耗振荡器(例如，振荡器144)中选择时钟频率。在待机模式下，可穿戴式设备100可设置为微控制器系统(MCU system)。时钟产生器140还包括一个锁相回路(PLL)电路148，用于从振荡器142产生输出时钟频率。一般来说，通过锁相回路电路148的时钟信号输出比直接由振荡器产生的时钟信号具有更好的精确度，具有较高精确度的时钟信号应用于富应用模式。

如图1所示，控制模块150可以包括系统总线151、存储控制器152以及闪存控制器153。在一实施例中，外部存储器(例如，DRAM)155耦接到存储器控制器152，以及外部闪存156可以耦接到闪存控制器153。系统总线151可以在处理单元110、存储单元120、外围接口单元160、存储控制器152、以及闪存控制器153之间通信。例如，系统总线可以与预定义的数据传输协议兼容。从处理器111至存储单元120、外部存储器155或外部闪存156的存储访问命令可通过系统总线151。此外，从处理器111至外围接口单元160的控制命令也可以通过系统总线151。对本领域的技术人员来说，应当能够了解系统总线151以及访问外部存储器的实现细节，故此处省略详细的描述。

外围接口单元160可以包括各种外围接口，例如，I2C接口、SPI接口、UART接口以及其他接口(如，显示器接口、音频接口、通信接口、I/O接口等)。用户可以将不同类型的外部设备通过兼容的外围接口连接到可穿戴式设备100。例如，传感器190可包括加速度计、陀螺仪以及磁强计，可以通过外围接口单元160的I2C接口、SPI接口或UART接口耦接至处理单元110。在一实施例中，通信接口可包括WiFi、蜂窝(cellular)、蓝牙和/或无线射频识别(RFID)收发器，以与无线网络进行通信。在一实施例中，通信接口还可以包括除了无线之外的其他类型的通信设备(未示出)，例如，通过USB通信的串行通信。在一实施例中，显示器170可以是触摸屏。显示器170可以使用多种现在已知的或以后开发的触摸技术，来检测接触(contact)和任何运动或间断(break)，多种现在已知的或以后开发的触摸技术包括但不限于电容、电阻、红外和表面声波技术，以及用于确定与显示器170接触一个或多个点的其他近距离传感器阵列或其他组件。对本领域的技术人员来说，应当能够了解上述外围接口的实现细节，故此处省略详细的描述。控制单元192～194被配置为基于可穿戴式设备100的当前操作模式在不同的数据路径之间选择(稍后将介绍详情)。

定时单元175可以作为可穿戴式设备100的内部定时装置。定时单元175可以持续跟踪一天的时间，使这些数据对处理单元110执行的软件程序有用。在本实施例中，定时单元175被提供具有最低频率的时钟信号(如，32KHz)，并且不管可穿戴式设备100操作于富应用模式还是待机模式，定时单元175总是开启的。在一实施例中，定时单元175可以是实时时钟(real-time clock，RTC)。

在一实施例中，可穿戴式装置100还包括电源模块(在图1中未示出)。电源模块被配置来为可穿戴式设备100的各个组件提供电源。电源模块包括电源管理系统、一个或多个直接电源(power source)以及其他组件，与可穿戴式设备100的电源的产生、管理和分配相关。

在一实施例中，传感器190可以被集成到具有本地存储器(local memory)(如，SRAM)的子系统或传感器集线器中，子系统通过控制模块150中的系统总线151在耦接到处理单元110。在一实施例中，可穿戴式装置100可是一副智能眼镜，可穿戴式设备100可以进一步包括镜架和镜片(在图1中未示出)。在一实施例中，可穿戴式设备100可以是具有平视显示器(head-up display，HUD)的眼镜。应该指出的是，可穿戴式设备100可以是任何形式的可穿戴配件，本发明并不限于上述的可穿戴式设备。例如，可穿戴式设备100可以戴在用户的手腕、上肢和/或腿上，或可以附着在用户的衣服上，并且可具有手表、可穿戴式显示器、便携式媒体播放器和/或移动电话的功能。

图2是根据本发明的一实施例的可穿戴式设备100操作在第一种情况下的方框图。在第一种情况下，以可穿戴式设备100配备了Android操作系统为例，当用户想玩游戏或运行可穿戴式设备100中的应用程序时，处理器111可以设定可穿戴式设备100进入“富应用”模式。在富应用模式中，处理器111全速运行以处理各种应用的频繁的数据处理，以及可穿戴式设备100中的主要部件(例如部件110～160)均被启用，并由时钟发生器140提供具有最高频率(例如，26MHz)和精确度(即使用PLL电路148)的时钟信号。具体来说，所选择的时钟路径和数据路径如图2所示，而未被激活的或旁路(inactive or bypassed)组件(如，存储器转换器191)则不显示在图2中。应当指出的是，在本实施例中，在富应用模式中的处理器111不共享子系统的本地存储器，其中传感器190集成到子系统中。从处理器111到存储单元120、外部存储器155或外部闪存156的数据路径可以通过系统总线151来建立。因此，由于控制模块150的功耗高，在富应用模式下的可穿戴式设备100的功率消耗也不可避免的会维持在较高的水平。

图3是根据本发明的一实施例的可穿戴式设备100操作在第二种情况下的方框图。在第二种情况下，一天中的大部分时间，除了一个或多个始终处于开启状态的应用，用户不执行可穿戴式设备100的应用程序或游戏，因此可穿戴式设备100进入待机模式以省电。例如，当可穿戴式设备100是一个智能手表，可穿戴式设备100可以作为一个普通的手表或是用来监测用户的运动/健身/健康状况，因此在待机模式下可穿戴式设备100的一些功能应该总是激活的，如手表更新和计步器。例如，在待机模式下，处理单元110中的一个与手表更新和运动/健身/健康监控功能相关的微控制器是激活的(active)，因此从定时单元175和传感器190报告的数据可以在待机模式中处理。

请参考图3，在待机模式中高速缓冲存储器112可以配置为紧耦合存储器以省电。同时，控制单元192～194可以选择与待机模式相关联的时钟路径和数据路径，以及处理单元110可共享子系统的本地存储器。例如，在待机模式中，时钟产生器140中的锁相回路电路148处于关闭状态，并且控制单元192可以从时钟产生器140在待机模式下提供的候选时钟频率中选择其中一个。优选地，系统总线151在待机模式下是未被激活的(inactive)，以及外部存储器155和外部闪存156也是未被激活的(例如，被关闭(disabled)或处于数据保持/暂停模式中)。控制单元193在待机模式下可以选择转换器路径(wrapper path)而不是系统总线路径。也就是说，处理单元110和存储单元120之间的通信可以通过存储器转换器191来建立而不是通过系统总线151来建立。例如，存储器转换器191可以是一个接口，能够将存储单元120的存储接口转换为处理单元110使用的协议接口。在一实施例中，存储器转换器191可以被集成到处理单元110中。在一实施例中，存储器转换器191可以是一个独立的电路。

在一实施例中，在待机模式下，外围接口单元160中的I2C接口、SPI接口和UART接口中的一个被激活(即取决于传感器190的接口)，其余的外围接口则被关闭。控制单元194可以选择处理单元110和外围接口单元160之间的直接数据路径，而不通过系统总线151，因此，处理单元110和外围接口单元160中的被激活的接口，可以在没有系统总线15的情况下与对方直接通信。在一实施例中，显示器170可通过传感器集线器耦接至处理单元110。

如上所述，可穿戴式设备100可以操作于包括富应用模式和待机模式的两种模式下。在一实施例中，可穿戴式装置100在富应用模式和待机模式下可以应用相同的可扩展操作系统。在另一实施例中，可穿戴式设备100在富应用模式和待机模式下可以分别应用两种不同的操作系统。无论选择哪种模式，可穿戴式设备100的部分组件总是激活的(例如与表更新和运动/健身/健康监测功能相关的组件)。在一实施例中，可穿戴式设备100可能会默认进入待机模式。当用户想执行可穿戴式设备100中的应用程序时，用户可以点击硬件按钮或显示在显示器170上的用户界面上的软件按钮，触发可穿戴式设备100的操作模式以进入富应用模式。

应当指出的是，当可穿戴式设备100使用不同的操作系统时，存储单元120或子系统的本地存储器可以用来存储中间数据和操作系统的设置。例如，第一操作系统(或微内核(micro-kernel))和第二操作系统分别应用于待机模式和富应用模式中。当处理单元110执行第一操作系统以及可穿戴式设备100将被切换到第二操作系统时，在冲洗(flushing)高速缓冲存储器112和紧耦合存储器113、加载第二操作系统以及设置可穿戴式设备100的其他组件进入富应用模式之前，处理单元110可以将所需的数据和第一操作系统的设置存储到子系统的本地存储器或存储单元120中。例如，在一实施例中，待机模式比富应用模式中的操作和控制相对简单得多，用于待机模式的第一操作系统可以由微内核取代(例如，微代码)，以及第二操作系统可以是实时操作系统。另外，可穿戴式设备100的操作系统可以是可扩展操作系统，其根据不同的硬件配置可适合不同层次的数据处理。换句话说，相同的可扩展操作系统可以应用于待机模式和富应用模式。

图4为根据本发明的一实施例可穿戴式设备100的低功耗控制方法的流程图。待机模式可以视为可穿戴式设备100的默认操作模式。例如，可穿戴式设备100启动(步骤S400)，处理单元110可以在默认情况下设置对应的组件进入待机模式(即，设置微控制器系统(MCUsystem))(步骤S410)。处理单元110确定可穿戴式设备100是否应该进入富应用模式(步骤S420)。例如，处理单元110可检测来自软件/硬件按钮的触发信号或分析来自传感器190中的一个或多个传感器的传感器数据报告，来确定可穿戴式设备100是否应该进入富应用模式。如果是，处理单元110设置对应的组件进入富应用模式(即，设置应用处理器系统)(步骤S430)。否则，可穿戴式设备100可以运行手表应用(watch application)(步骤S470)。

当可穿戴式设备100已进入富应用模式，处理单元110确定可穿戴式设备100是否应该退出富应用模式(步骤S440)。例如，当可穿戴式设备100已进入富应用模式，用户可以手动点击可穿戴式设备100的软件/硬件按钮以产生触发信号，以使处理单元110可控制可穿戴式设备100退出富应用模式并返回到待机模式。如果没有检测到触发信号，处理单元110可以进一步确定可穿戴式设备100是否已经闲置一超时期间(timeout period)(例如，30秒)(步骤S450)。如果是，处理单元110可控制可穿戴式设备100退出富应用模式并自动返回到待机模式(步骤S450的结果为是)。否则(步骤S450的结果为否)，处理单元110可以运行富应用环境以及执行手表应用和/或其他应用(步骤S480)。当可穿戴式设备100再次返回至待机模式，处理单元110设置组件再次进入待机模式(即关闭在待机模式下不需要的组件)(步骤S460)。然后，处理单元110可以执行手表应用(步骤S470)。

基于上述说明，本发明提供了一种可穿戴式设备100的低功耗控制方法。当可穿戴式设备100进入省电模式或待机模式时，在省电模式中不需要的功耗组件(包括锁相回路电路、系统总线、不必要的外围接口、外部存储器等)是关闭的，因此，可穿戴式设备100的功率消耗可以显著减少。

此外，本发明还提供了一种低功耗的可穿戴式控制器。可穿戴式控制器包括处理单元、存储单元、外围接口单元、以及控制模块。控制模块连接到处理单元、外围接口单元和存储单元，控制模块包括存储控制器、闪存控制器和系统总线。控制模块在第一操作模式下启用并且在第二操作模式下禁用。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式，凡依本发明权利要求所做的均等变化和修饰，均应属本发明的涵盖范围。

Claims (25)

1.一种可穿戴式控制器，其特征在于，包括：

处理单元；

存储单元；

外围接口单元，包括多个外围接口；以及

控制模块，包括系统总线，所述系统总线可以在所述处理单元、所述存储单元以及所述外围接口单元之间通信；

其中，当所述可穿戴式控制器操作于第一操作模式时，所述控制模块的所述系统总线是启用的；当所述可穿戴式控制器操作于第二操作模式时，所述控制模块的所述系统总线是关闭的；

其中，当所述可穿戴式控制器操作于所述第一操作模式下时，所述处理单元和所述存储单元之间的第一数据路径以及所述处理单元和所述外围接口单元之间第二数据路径通过所述控制模块来建立；以及

当所述可穿戴式控制器从所述第一操作模式切换到所述第二操作模式时，所述第一数据路径和所述第二数据路径分别切换到第三数据路径和第四数据路径。

2.如权利要求1所述的可穿戴式控制器，其特征在于，所述控制模块包括存储控制器和闪存控制器，所述存储控制器耦接至外部易失性存储器，所述闪存控制器耦接至外部非易失 性存储器。

3.如权利要求2所述的可穿戴式控制器，其特征在于，在所述第二操作模式下，所述外部易失性存储器和所述外部非易失 性存储器是暂停的。

4.如权利要求2所述的可穿戴式控制器，其特征在于，在所述第二操作模式下，所述外部易失性存储器和所述外部非易失 性存储器是关闭的。

5.如权利要求1所述的可穿戴式控制器，其特征在于，当所述可穿戴式控制器切换至所述第二操作模式时，所述控制模块是未被激活的。

6.如权利要求5所述的可穿戴式控制器，其特征在于，所述处理单元和所述外围接口单元直接耦接在所述第四数据路径中。

7.如权利要求1所述的可穿戴式控制器，其特征在于，所述处理单元包括：

至少一处理器；

高速缓冲存储器；以及

第一紧耦合存储器；

其中，当所述可穿戴式控制器切换至所述第二操作模式时，所述高速缓冲存储器重新配置作为第二紧耦合存储器。

8.如权利要求1所述的可穿戴式控制器，其特征在于，还包括：

定时单元，用于产生实时时钟，以为所述处理单元提供时间。

9.如权利要求8所述的可穿戴式控制器，其特征在于，在所述第一操作模式和所述第二操作模式中，所述处理单元还基于所述定时单元提供的所述实时时钟执行手表应用。

10.如权利要求1所述的可穿戴式控制器，其特征在于，还包括：

时钟产生器，用于为所述可穿戴式控制器的组件提供多个时钟频率；

其中，当所述可穿戴式控制器处于所述第一操作模式中时，所述时钟产生器提供所述多个时钟频率中的第一时钟频率至所述处理单元；

当所述可穿戴式控制器处于第二操作模式中，所述时钟产生器提供所述多个时钟频率中的第二时钟频率至所述处理单元；

其中所述第一时钟频率高于所述第二时钟频率。

11.如权利要求10所述的可穿戴式控制器，其特征在于，所述第一时钟频率由第一振荡器和锁相回路电路产生，所述第二时钟频率由第二振荡器产生。

12.如权利要求1所述的可穿戴式控制器，其特征在于，还包括：

存储器转换器，耦接于所述处理单元和所述存储单元。

13.如权利要求1所述的可穿戴式控制器，其特征在于，在所述第一操作模式中应用第一操作系统，以及在所述第二操作模式中应用第二操作系统。

14.如权利要求1所述的可穿戴式控制器，其特征在于，所述外围接口单元包括I2C接口、SPI接口和/或UART接口，以耦接至多个传感器。

15.一种可穿戴式控制器的操作方法，其特征在于，所述可穿戴式控制器包括处理单元、存储单元、控制模块和外围接口单元，所述控制模块包括系统总线，所述系统总线可以在所述处理单元、所述存储单元以及所述外围接口单元之间通信，所述可穿戴式控制器的操作方法包括：

当所述可穿戴式控制器操作于第一操作模式时，使能所述控制模块的所述系统总线；

当所述可穿戴式控制器操作于第二操作模式时，关闭所述控制模块的所述系统总线；

其中，当所述可穿戴式控制器操作于所述第一操作模式下时，通过所述控制模块建立所述处理单元和所述存储单元之间的第一数据路径以及所述处理单元和所述外围接口单元之间第二数据路径；以及

当所述可穿戴式控制器从所述第一操作模式切换到所述第二操作模式时，分别切换所述第一数据路径和所述第二数据路径到第三数据路径和第四数据路径。

16.如权利要求15所述的可穿戴式控制器的操作方法，其特征在于，所述控制模块包括存储控制器和闪存控制器，所述存储控制器耦接至外部易失性存储器，所述闪存控制器耦接至外部非易失性 存储器。

17.如权利要求16所述的可穿戴式控制器的操作方法，其特征在于，在所述第二操作模式下，所述外部易失性存储器和所述外部非易失 性存储器是关闭的。

18.如权利要求15所述的可穿戴式控制器的操作方法，其特征在于，当所述可穿戴式控制器切换至所述第二操作模式时，所述控制模块是未被激活的。

19.如权利要求18所述的可穿戴式控制器的操作方法，其特征在于，所述处理单元和所述存储单元之间的所述第三数据路径通过存储器转换器。

20.如权利要求15所述的可穿戴式控制器的操作方法，其特征在于，所述处理单元包括至少一处理器、高速缓冲存储器以及第一紧耦合存储器，所述可穿戴式控制器的操作方法还包括：

当所述可穿戴式控制器切换至所述第二操作模式时，重新配置所述高速缓冲存储器作为第二紧耦合存储器。

21.如权利要求15所述的可穿戴式控制器的操作方法，其特征在于，所述可穿戴式控制器还包括定时单元，用于为所述可穿戴式控制器产生实时时钟，以及为所述处理单元提供时间。

22.如权利要求21所述的可穿戴式控制器的操作方法，其特征在于，还包括：

在所述第一操作模式和所述第二操作模式中，所述处理单元基于所述定时单元提供的所述实时时钟执行手表应用。

23.如权利要求15所述的可穿戴式控制器的操作方法，其特征在于，还包括：

在所述第一操作模式中提供第一时钟频率；

在所述第二操作模式中提供第二时钟频率；

其中所述第一时钟频率高于所述第二时钟频率。

24.如权利要求15所述的可穿戴式控制器的操作方法，其特征在于，在所述第一操作模式中应用第一操作系统，以及在所述第二操作模式中应用第二操作系统。

25.如权利要求24所述的可穿戴式控制器的操作方法，其特征在于，所述第一操作系统为实时操作系统，所述第二操作系统为微内核。