新一代的可穿戴技術正在由高度內建的片上系統(SOC)設計來實作。ARM和MIPS的最新32位微控制器核心提供高性能，支援新的作業系統，如Android磨損和增加各種外圍裝置以支援新的顯示器、互動式接口和傳感器應用。
移動到32位核心允許進階開發工具不僅用于使用者應用，而且還用于整個設計的管理，特别是外圍裝置的電源管理。能夠實作複雜的算法，以優化功耗是至關重要的，以獲得最佳的電池壽命，這是緊密耦合的外圍裝置在系統晶片上的裝置在心髒的可穿戴設計。
從矽實驗室看壁虎EFM32 TG842的圖像
圖1：Silicon Labs的壁虎EFM32 TG842直接通過外圍裝置設計可穿戴設計。
處理器核心架構的選擇通常取決于系統架構師和設計團隊的經驗，以及戰略公司關系。有許多設計師擅長在ARM和MIPS平台上開發，使用進階C開發工具和與每個不同的矽供應商一起使用的外圍管理工具。
諸如矽實驗室的小壁虎EFM32 TG842與中央臂CORTEX-M3處理器核心(如圖1所示)的裝置直接瞄準具有小尺寸和低功耗的可穿戴設計，還針對這樣的應用優化了一系列外圍裝置。飛思卡爾半導體還擁有基于KL16系列ARM CORTEX-M0+裝置的一系列片上系統裝置，這是其可穿戴式開發平台的一部分。
類似地，來自Microchip技術的PIC32 MX340F512H-80I/PT SOC使用MIPS M4K核心，運作在80 MHz(圖2)。
雖然核心速度是相關的，但它并不能說明整個故事。許多外圍裝置可以獨立于核心運作，提供比标題時鐘速率所暗示的更多性能。這允許電流消耗保持低，并且有外圍管理塊，允許資料傳輸在沒有任何CPU幹預的情況下被處理。還有一個更廣泛範圍的通用I/O引腳，引腳輸出的選擇很大程度上取決于内部外圍裝置的選擇和設計的選擇特征。
微晶片PIC32 MX340F512H-80I/PT的圖像
圖2：微晶片PIC32 MX340F512H-80I/PT運作在80 MHz，外設範圍很廣。
也有廣泛的記憶體選項。用快速SRAM和片上DRAM來存儲和更新代碼所需的閃存需要執行，這在很大程度上取決于應用，但也可能受到晶片上系統的選擇的影響。外圍管理系統和內建傳感器接口可以減少中央CPU的代碼要求，減少對記憶體占用的需求。緊湊的指令集和編譯器也可以減少記憶體需求，但這是由于對硬體平台沒有優化的标準庫的使用日益增加。是以，選擇合适的外圍裝置來在功率、記憶體和系統成本限制内提供應用程式是非常重要的。
能源管理
能量管理單元用于控制不同的外圍裝置和存儲器塊，允許在CPU控制下關閉未使用的塊。小壁虎的五種模式(圖3)允許快速、慢速和異步外設關閉，以節省電力，然後移動到休眠模式和“停止”模式，以節省更多。電壓源比較器也用于從軟體監控電源電壓來管理功耗。當電源低于或超過可程式設計門檻值時，可以産生中斷。響應時間和電流消耗可以通過改變對比較器的電流供應來配置。
小壁虎五種模式的意象
圖3：小壁虎中的五種模式允許在可穿戴設計中優化外圍功耗。
SOC還包括外圍反射系統(PRS)，它允許不同的外圍子產品彼此直接通信而不涉及CPU。發出反射信号的外圍子產品稱為生産者，PRS矩陣根據接收到的資料将這些反射信号路由到外圍裝置。這有助于通過減少中央CPU上的負載來減少功耗，允許它處理其他任務，如果不需要則關閉。
傳感器
可穿戴設計的關鍵應用之一是內建和管理一系列傳感器。無論是對血壓或心率的健康監測、運動性能測量或接近本地環境資料的傳感器，與傳感器的接口變得越來越重要。小壁虎添加低能量傳感器接口(LSESENS)外圍裝置是一個高度可配置的傳感器接口，支援多達八個可單獨配置的傳感器。通過控制模拟比較器和DAC，LSESENSE能夠支援寬範圍的傳感器和測量方案，并且可以例如測量LC傳感器、電阻傳感器和電容傳感器。
LeSENSE還包括一個可程式設計的FSM，它能夠簡單地處理測量結果，而不需要CPU幹預，節省功率，并允許CPU集中精力于其他活動。LeSENSE在能量模式EM2中可用，除了EM0和EM1之外，使其在具有嚴格的能量預算的應用中，例如可穿戴設計中用于傳感器監測是理想的。
如果設計者想要更具體地使用外設，那麼有一個塊可以用來連接配接到各種類型的傳感器。逐次逼近寄存器(SAR)模數轉換器具有每秒高達12個比特的分辨率，用于從多個模拟傳感器擷取資料，因為內建輸入多路複用器可以從八個外部引腳和六個内部信号中選擇輸入。
為了提供資料輸出，12位數模轉換器(DAC)可以将數字值轉換為模拟輸出電壓，用于刺激傳感器或控制外部外圍裝置，例如小揚聲器。這有一個單端輸出緩沖器連接配接到通道0。
如果電流輸出不足，EFM32 TG842也有三個運算放大器(運算放大器)。這些有軌到軌差分輸入和軌到軌單端輸出，并且輸入可以被設定為引腳、DAC或另一個運算放大器。輸出可以是一個引腳，另一個運算放大器或ADC。電流是可程式設計的，運算放大器具有各種内部配置，例如機關增益或使用内部電阻器的可程式設計增益。
繪圖
圖形是可穿戴設計的一個日益重要的元素。雖然有一個關于控制這種系統的最佳方法的争論，從語音到電容觸摸屏，顯示技術已經降低了功率和成本，以實作控制接口的新方法。
例如，小壁虎內建了一個LCD驅動器，能夠驅動多達8x18段的分段LCD顯示器。電壓升壓功能使其能夠提供比器件的電源電壓更高的LCD顯示器。此外，動畫特性可以在沒有任何CPU幹預的情況下在LCD顯示器上運作自定義動畫。LCD驅動器也可以保持活躍，即使在能量模式2，并提供幀計數器中斷，可以喚醒裝置定期更新資料。
現在，新的Android Wear作業系統支援更廣泛的顯示器，這影響了微控制器中外圍裝置的選擇，以支援更高分辨率的顯示器。螢幕的記憶體要求和重新整理率都會影響可穿戴設計的尺寸、成本和功耗。這些問題可以用單獨的圖形處理器來處理，但是這增加了設計的複雜性、成本和功率，并且許多螢幕控制被內建到設計的核心SoC中。
支援低功耗、單色E-LNK顯示器的能力正在演變為對可穿戴設計尤其是手表的多種顔色和更高的幀重新整理率的需求。
例如，想象技術開發了一種新的PoPvR圖形處理器IP核，它提供了業界最小的Android相容GPU圖形解決方案。在28納米矽中，隻有0.55毫米的足迹，運作在250 MHz，PosivVR系列5XE GX5300核心具有完整的OpenGL ES 2能力，超低功耗，以及想象力先進的PVRTC紋理壓縮技術。雖然想象力正在推動MIPS生态系統圍繞新的核心，如MyPaTIV，PosivVR GPU也可以與其他處理器核一起使用。
新的GX5300核心建立在以前的系列5裝置上，在效率上有實質性的提高，為入門級可穿戴裝置和其他小型足迹嵌入式應用提供低功耗解決方案。GX5300使用基于POWER VR可程式設計着色器的基于平鋪的延遲渲染(TBDR)架構，進而導緻高性能效率和每幀的最低功耗。與PVRTC紋理壓縮技術相結合，具有更高的圖像品質的最小記憶體占用，可以顯著減少顯示器的存儲器需求。
想象為開發者提供了免費通路PosivVR圖形SDK，一個跨平台的工具包，旨在支援三維圖形應用開發的各個方面。
通用輸入/輸出(GPIO)
并不是所有可穿戴設計的外圍裝置都可以包含在晶片中，是以通用I/O引腳(GPIO)是重要的。這個與外界的接口也是電源的主要消耗者，是以能夠小心地控制這些引腳是很重要的。作為一個例子，小壁虎有五十三個GPIO引腳分為端口多達十六個引腳。這些引腳可以單獨配置為輸出或輸入。更先進的配置，如開式排水，過濾和驅動強度也可以單獨配置的引腳。GPIO引腳也可以被外圍引腳連接配接覆寫，如定時器PWM輸出或USAT通信，它可以路由到裝置上的幾個位置。GPIO支援多達十六個異步外部引腳中斷，這使得中斷從任何引腳上的裝置。此外，引腳的輸入值可以通過外圍反射系統路由到其他外圍裝置。
加密
越來越需要保持系統安全和安全，甚至是可穿戴的。最新的SoC裝置添加低功耗加密塊以與無線鍊路一起使用，以保護通常發送給雲的資料。這些塊支援128位或256位密鑰的AES加密和解密，它們采取不同數量的處理周期，進而消耗不同數量的功率。AES子產品通常是總線的從屬，例如AHB，這使得能夠有效地通路32位資料和密鑰寄存器。
結論
可穿戴設計代表了片上系統設計的前沿，其中大多數外設內建到單件矽中以減小尺寸和功耗。這些外圍裝置的選擇和管理，直接和通過最新的32位作業系統，對終端設計的整體性能，特别是電池壽命産生了顯著的差異。