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基于RISC可穿戴计算终端硬件架构设计 王明书 (总参通信工程设计研究院110005) 摘要可穿戴计算终端作为全新的移动互联网入口，能够为用户提供信息感知、 采集、处理、整合和呈现服务。通过研究可穿戴计算功能框架和关键技术，提出一种基 于RISC的可穿戴计算终端硬件架构设计方案，阐述64位RISC微处理器、传感网络节点 和动态供电系统的设计思路，通过仿真实验平台对整体功能进行验证，为头盔、手表等 中小型可穿戴计算终端研究设计提供新的方法。 关键词RISC；可穿戴计算；硬件架构 可穿戴计算终端作为计算机和通信学科飞速发展取得的必威体育精装版成果，在设备质量、体 积、功耗和人机交互方面具备传统计算设备不可比拟的优势。作为全新的移动互联接人 平台，可穿戴计算终端能够为用户提供移动计算、环境感知和增强现实等信息服务，是 以用户为中心，促进人机交互融合和价值信息输出的新型移动通信系统。 本文在研究和分析可穿戴计算基本功能框架和关键技术的基础上，提出全新的基于 RISC可穿戴计算终端硬件架构设计方案，详细阐述微处理器、传感网络节点和动态供电 系统技术要点，通过仿真实验对设计方案进行验证，为中小型可穿戴计算终端研制提供 新的方法。 可穿戴计算体系架构 1．1 可穿戴计算功能框架 可穿戴计算技术是指应用于便携智能设备，满足人们快速接人互联网需求的移动计 算技术。可穿戴计算功能框架主要包括：核心控制模块、I／O接口模块、无线网络通信模 块、存储模块、数据采集处理模块、动力供应模块和扩展接口模块等，如图1所示。 ●弛i翔甄}蜘■■E稻量0鼢墨鼠：÷l曼口 ■瞄幽墨■ _ ■暇患l疆_一——m l__剐—-_ ，豇觅；面目e婪髫 I试鼠：澎疆_I疆礴}，譬蟊啊戢生醛 l 圈_瞄_啊一咖 _翻：l删I·_■--垤。翻laj黾_ _ 图1 可穿戴计算功能框架 分布于人体各个部位的功能模块通过无线网络连接。系统自身演变为一个结构复 杂、功能完善的网络节点，通过无线传输方式实现移动网络计算，有效增强用户信息获 取、处理、传输、感知和协作能力，满足人类在工业控制、军事应用、航空航天及日常 工作生活等领域的环境感知和信息交互需求。 1．2 可穿戴计算关键技术 可穿戴计算关键技术包括SoC片上系统技术、嵌人式操作系统技术、多接口技术和人 机交互技术等。 SoC技术实现将多种硬件集成到一个芯片，可以缩小可穿戴计算终端的体积，降低成 本并缩短生产周期。 嵌入式操作系统运行在嵌入式硬件平台上，包含板级支持包和操作系统功能模块两 部分，具备较强的稳定性和实时性。 多接口技术满足可穿戴计算终端与外部设备相连接口I／O处理需求。 人机交互技术满足用户与终端之间的交互需求，主要包括图像、视频、语音等多媒 体技术。 2可穿戴计算终端技术选型 2．1 RISC计算体系 处理器计算体系依据其硬件结构和指令系统特点划分为两类，即CISC和RISC。系统 执行的全部程序中，80％的应用只使用20％的指令，且均为简单指令。RISC计算体系将 简单指令在一个时钟周期内执行完毕，剩余的复杂指令采用子程序的形式实现，从而提 高指令的执行效率。该体系使用通用寄存器，采用简单的硬连线方式进行指令译码，能 够降低控制器的复杂度和建设成本，简化处理器指令集和硬件结构，提高数据通道的传 送速度和子程序执行速度，使基于RISC的计算系统数据处理速度达到同等主频基于CISC 的计算系统3倍以上。 2．2 64位计算技术 6=4位计算技术能够在一个时钟周期内处理64位数据，是32位计算技术处理能力的2 倍。应用64位计算技