可重构技术在可穿戴计算机中的应用.pdfVIP

可重构技术在可穿戴计算机中的应用 ① 曲峰 杨孝宗 崔刚 唐心悦 （哈尔滨工业大学计算机科学与技术学院 哈尔滨 150001） 摘要：可穿戴计算技术是当今世界的热门研究领域之一，其应用潜力非常巨大。可穿戴计算 同时涉及多个学科或技术，所以对其体系结构的研究应从多个方面加以全面的考虑。而在不 同环境下应用的可穿戴计算机通常都是针对特定的数据处理要求进行设计，这就不免要延长 设计周期。采用可重构技术进行体系结构设计，可以通过一次开发而缩短以后的开发周期。 关键词：可穿戴计算机，体系结构，DSP ，System on Chip, 可重构性 0 引言 可穿戴计算机的概念出现的比较早，ENIAC 问世之后的1955 年，人们就开始研制“可 以穿在身上”的计算机。1961 年麻省理工大学的Edward O. Thorp 和Claude Shannons 研制 出一台用于轮盘赌的简易的鞋式穿戴机[1] 。但是，人们并没有因此而迎来可穿戴计算技术发 展的春天。相反，由于技术和工艺水平的限制，20 世纪80 年代才有部分科学家开始重新重 视可穿戴计算机的研究。 此后，可穿戴计算机越来越受到计算机界的重视。计算机的用户也逐渐地看到了它的商 用价值和军用价值。1997 年，召开了第一届国际可穿戴技术年会，标志着这项技术已经走 入正轨、走向成熟。到目前为止，已经召开了四届年会，可穿戴计算机已经步入军事、航天、 制造、维修、医疗、教育、新闻、交通等各个领域中，并起着非常重要的作用。 随着可穿戴计算机的发展，出现了应用于不同领域的结构设计，使得设计周期不能跟上 需求的增加。这就给设计者提出了一个问题，能否通过一次设计为多次应用提供支持？可重 构技术为可穿戴计算机的通用性研究提供了有力的支持[2] 。利用可重构技术进行体系结构设 计，就可以通过一次开发缩短以后的开发周期。 1 可穿戴计算机的组成 从整体结构来看，可穿戴计算机包含了主机部分、输入设备部分、输出设备部分和通信 设备。在这里我们考虑的输入和输出设备指的是直接参与人机交互的设备，而不是通常意义 上的I/O 设备，所以我们把通信设备看作是一组独立的设备。由于这种计算机具有易用性的 要求，因此输入设备不再是我们常见的标准鼠标和标准键盘，输出设备也不再是桌面显示器， 取而代之的是便于携带、便于人机交互的输入输出设备。 输入装置主要有以下几种： 视频输入装置：主要是微型摄像头等装置。既包括了静态图像的采集，又可以支持 动态图像的采集。它可以安装于眼镜、头盔、手套等位置，用于摄影和摄像。 音频输入装置：通过麦克风等输入语音信号，用于系统内部的处理或进行信号传输 （可以传送给其它的可穿戴计算机，也可以传送给主控制台）。 GPS 接收装置：这种设备并不是用于所有类型的可穿戴计算机中，但如果这台计算 ① 曲峰，男，1978 年生，博士生；研究方向：计算机体系机构，容错计算，可穿戴计算 - 1 - 机用于探险、导航、军事，则GPS 设备就变得十分重要了。 其它的输入装置：包括特殊的键盘和鼠标（可以在运动中进行输入，能防止因运动 的颤抖引起的误操作）、手写板、数据手套、传感器等等。 输出装置主要有： 视频输出装置：HMD （Head Mounted Display ）是人机交互的关键装置。它可以装 在头部，通过直接投射到眼中或通过反射的方式实现显示功能。它可以有很多形式， 可以基于头盔、基于眼镜、基于boom 支架等等。高性能、低功耗、轻便的HMD 是 可穿戴计算技术中要研究的一个主要方向。 音频输出装置：可以播放传输来自主控制台的信号，也可以通过计算机生成语音信 号通知用户进行某些操作。 此外，输出装置还包含了一些触动装置。 通信设备主要包括电台、红外线传输装置和BlueTooth 设备等等。 电台：支持远距离的数据传输。由于人机联系比较紧密，所以要求计算机是可移动 的，那么计算机间或计算机与主控制台之间的通信就将是移动通信，需要电台或其 他无线发射设备支持数据传输。但电台存在的问题是，如果遇到较大的障碍物，会