主控芯片与其他芯片的分类及应用

相比较智能手机，可穿戴设备中的芯片种类和数量要少很多。根据芯片不同的功能，可以分为主控芯片与其他芯片，包括但不限于蓝牙、Wi-Fi，GPS，NFC芯片等。

（一）主控芯片

可穿戴设备内置芯片包括SoC，MCU，蓝牙，GPS，KF芯片等，不同的可穿戴设备形态将采用不同的芯片组合。一些主要的产品形态采用的芯片组合情况如表8-1所示。

表8-1　不同产品形态可穿戴设备所采用的芯片组合

根据是否具备无线通信功能，可穿戴设备大体可以分为两类：具备独立无线通信功能的和不具备无线通信功能的。具备无线通信功能穿戴设备的芯片方案类似于智能手机，采用SoC芯片解决方案或者AP+基带的解决方案。基于功耗及续航能力的考虑，现阶段绝大多数可穿戴设备并不具备无线通信功能，而是通过Wi-Fi或者蓝牙与智能设备和网络连接：当前仅三星GalaxyGearS，OmateTrueSmart智能手表支持无线通信功能（独立拨打电话）。另外，国内部分智能手表产品支持独立通话，多采用MTK的手机解决方案。

现如今的可穿戴设备多采用AP，AP+MCU或MCU的解决方案，已上市或已发布的部分可穿戴设备芯片方案如表8-2所示。

表8-2　部分可穿戴产品芯片方案

由上述已上市或已发布的具有代表性的可穿戴产品小结可以看出，可穿戴设备采用的芯片方案可以分为以下几类，如表8-3所示。

表8-3　可穿戴设备芯片分类

已发布产品采用的SoC或AP基于ARMCortex-A系列内核，主要面向移动CPU开发的芯片；MCU则是基于ARMCortex-M系列内核，主要向可穿戴和嵌入式产品开发的芯片。与智能手机市场ARM架构一统天下不同，在可穿戴设备领域，基于MIPS架构的芯片方案、基于英特尔（Intel）x86架构的可穿戴设备芯片产品都已发布并有一定应用。由此可见，可穿戴设备芯片目前还处于碎片化状态，未来也有可能多样化，功耗大小是可穿戴设备选择芯片的首要考虑因素。

其中，与手机、平板电脑等传统智能设备不同，MCU是常见可穿戴设备的标配（MIPS架构的智能手表除外），如手环等设备大都是基于MCU方案进行设计和研发的。MCU对腕带类可穿戴产品的功耗和待机时间起决定作用，按照产品的不同类型和性能要求，应该选择不同的MCU芯片，如表8-4所示。

表8-4　腕带产品对MCU的选择

主要的芯片厂商均积极布局可穿戴领域，发布了一系列专门的芯片产品或平台方案，力求占领市场先机，其中具有代表性的产品如下。

（1）英特尔：Edison。基于x86芯片Atom和微处理器Quark打造，双核CPU，2G存储，支持Wi-Fi和蓝牙，可同时支持RTOS和安卓系统。

（2）联发科：Aster。专为可穿戴与物联网设计的SoC，封装尺寸5.4mm×6.2mm，并推出整合AsterSoC的开发平台Linklt，提供完整参考设计及硬件开发工具包。

（3）君正：Newton。基于MIPS架构，搭载JZ4775低功耗高性能应用处理器，集成九轴传感器、温湿度传感器、心电传感器等器件。

（4）飞思卡尔：WaRP。开源可穿戴产品参考设计平台，基于飞思卡尔CPU及MCU打造，联合传感器等合作伙伴，提供完整的、多用途的可穿戴产品参考设计。

（5）意法半导体：多款MCU产品。基于ARMCortex-M系列内核，被多款设备采用。

（6）联芯科技：LC171x。在传统GPS定位的基础上，创新增加实时视频监控传输、语音呼叫、电子围栏及SOS紧急定位等功能。

展望未来，可穿戴设备的品种更加丰富，芯片解决方案也会更加成熟和多样。错失智能手机爆发期的x86，MIPS阵营将会与ARM阵营同台竞技。低功耗、高集成会是主要发展方向，包括OS，APP在内的生态系统建设也左右了不同架构芯片的发展前景，ARM在手机和平台领域一统天下的局面可能会被打破。

（二）其他芯片

除了主控芯片外，低功耗蓝牙、Wi-Fi，GPS，NFC以及基带射频芯片（具备独立无线通信功能的设备所需）等也是可穿戴设备的常用芯片。这几类芯片会根据不同的目标产品和应用场景被开发成不同的芯片组合（蓝牙、蓝牙+Wi-Fi，GPS、蓝牙+Wi-Fi+GPS等），单一类型的芯片方案往往应用在功能相对简单的可穿戴设备和物联网（IoT）领域。主要的供应商如表8-5所示。(www.xing528.com)

表8-5　可穿戴设备常用的其他芯片及主要供应商

1）蓝牙芯片。蓝牙芯片是可穿戴设备标配，可以实现与手机等中心设备连接、数据交换和传输等功能。

①蓝牙4.0。2010年，蓝牙4.0版本发布，将三种规格集一体，包括传统蓝牙技术、高速技术和低耗能技术。它与3.0版本相比最大的不同就是低功耗—4.0版本的功耗较老版本降低了90%。蓝牙低功耗技术是基于蓝牙低耗能无线技术核心规格的升级版，为开拓钟表、远程控制、医疗保健及运动感应器等在内的广大新兴市场奠定了基础。可穿戴设备已经成为低功耗蓝牙应用的一个重要领域，蓝牙功能也成为可穿戴设备的一个标配功能。

与智能手机领域中蓝牙只是附属功能不同，可穿戴设备，尤其是手环类较为简单的产品，往往基于低功耗蓝牙解决方案设计和研发：由于看到低功耗蓝牙广阔的应用前景，主要蓝牙供应商博通、Dialog，Cypress，TI等均推出低功耗蓝牙（BLE）的可编程SoC，进一步降低功耗与开发难度，也使得低功耗蓝牙市场竞争进一步加剧。

②蓝牙4.1。2013年年底，蓝牙4.1版本发布，在4.0低功耗的基础上，面向物联网（IOT）对通信功能进行改进。在蓝牙4.0时代，所有采用了蓝牙4.0LE的设备都被贴上了“Bluetooth Smart”和“Bluetooth Smart Ready”的标志。其中，“Bluetooth Smart Ready”设备是指PC、平板电脑、手机这样的连接中心设备，而“Bluetooth Smart”设备是指蓝牙耳机等扩展设备。之前这些设备之间的角色是早就安排好的，并不能进行角色互换，只能进行1对1连接。而在蓝牙4.1技术中，允许设备同时充当“Bluetooth Smart”和“Bluetooth Smart Ready”两个角色的功能。这就意味着能够让多款设备连接到一个蓝牙设备上。举一个例子：一个智能手表既可以作为中心枢纽，接收从健康手环上收集的运动信息，同时又能作为一个显示设备，显示来自智能手机上的邮件、短信。借助蓝牙4.1技术，智能手表、智能眼镜等设备就能成为真正的中心枢纽。

除此之外，可穿戴设备上网不易的问题也可以通过蓝牙4.1进行解决。新标准加入了专用通道，允许设备通过IPv6联机使用。举例来说，如果有蓝牙设备无法上网，那么通过蓝牙4.1连接到可以上网的设备之后，该设备就可以直接利用IPv6连接到网络，实现与Wi-Fi相同的功能。

蓝牙4.1不仅可以向下兼容蓝牙4.0，更重要的是对现有的蓝牙4.0设备来说，不需要更换芯片，只需要升级固件就可以升级到蓝牙4.1。

③蓝牙4.2。2014年12月发布了蓝牙4.2标准。在蓝牙4.2标准下，设备之间的数据传输速度提升了约2.5倍，蓝牙智能数据包可容纳的数据量相当于此前的约10倍。它的安全性得到提升。如果没有得到用户许可，蓝牙信号将无法尝试连接和追踪用户设备，并且无法进行智能定位。

它推动了IPv6协议引入蓝牙标准的进程。蓝牙4.2设备可以直接通过IPv6和6LoWPAN接入互联网，且支持低功耗IP连接，为可穿戴产品的联网提供了又一便捷方式。

蓝牙4.0可以通过软件升级支持4.2版本的部分特性。

（2）Wi-Fi芯片。Wi-Fi技术是符合IEEE标准的无线接入技术，可实现个人计算机、手持设备等终端与无线路由器的连接，实现浏览网页、收发邮件以及其他需要联网的功能，目前在全球得到广泛应用。Wi-Fi经历了802.11a/g/b/n/ac五代标准，其中802.11n是目前的主流应用，802.11ac是最新标准，可达1 Gbps的无线速度。

为适应可穿戴设备低功耗的需求，与低功耗蓝牙类似，低功耗Wi-Fi技术和方案也正在蓬勃发展。德州仪器（TI）推出了其面向物联网应用的新型SimpleLinkWi-FiCC3100和CC3200平台。它独有的低功耗设计，可以满足使用电池的可穿戴设备需求。

低功耗Wi-Fi芯片和方案的成熟和普及为可穿戴设备或物联网提供了直接联网的能力，摆脱了对手机的依赖。

（3）GPS芯片。GPS芯片原指可以利用美国全球定位系统（Global Positioning System，GPS）卫星信号进行定位的芯片，现泛指可以进行卫星定位的芯片，可以利用美国GPS信号，也可以利用俄罗斯的格洛纳斯（GLONASS）、中国的北斗卫星信号进行定位。多数芯片同时支持这三种定位系统。内置GPS芯片的穿戴设备可提供位置信息，实现与位置信息相关的各种应用。

GPS芯片即包含了RF射频芯片、基带芯片及微处理器的芯片组。为迎接可穿戴设备和智能硬件浪潮，GPS与MCU集成的SoC也应运而生，如图8-7所示。博通率先发布BCM4771和BCM4773两款基于GPS与MCU的SoC芯片方案，解放应用处理器（AP），达到节电和减少电路板面积的目的，功耗和成本双双下降。内置的MCU可以与Wi-Fi、蓝牙、MEMS传感器相连，为设备带来更强的智能情景感知能力。

图8-7　基于GPS与MCU的SoC方案

（4）NFC芯片。近场通信（Near Field Communication，NFC）是一种非接触式识别互联技术，可以在移动设备、PC和智能设备之间进行近距离无线通信。NFC芯片是NFC技术的重要组成部分，其具有通信功能和一定的计算能力，部分NFC芯片产品甚至含有加密逻辑电路以及加密/解密模块。

智能手机本身并不具有大范围普及移动支付的天性，而搭载NFC技术的可穿戴设备则能提供更好的便携性和更广泛的服务。因此，可穿戴设备可能会取代智能手机，成为移动支付的未来。NFC芯片不仅可以使腕戴设备实现移动支付功能，也可以成为你的公交卡、工卡、车库钥匙、家门钥匙等，如图8-8所示。AppleWatch率先通过NFC技术支持ApplyPay，三星也将在智能手表中内置NFC芯片提升FDD-LTE网络覆盖，打造无缝漫游的优质网络，奠定服务基石。

图8-8　NFC芯片及应用

综上，面向可穿戴设备领域的蓝牙、Wi-Fi，GPS芯片主要采用可编程SoC方案为主的低功耗设计，也就是通过集成MCU（根据不同的性能需求和应用场景集成M0\M4处理器），解放AP与传感器的数据连接、降低AP负载或者干脆取代AP，从而达到降低功耗的目的。根据不同的应用场景和设备类型，将有不同的芯片组合（多芯片集成方案），而低功耗设计是共同的目标。除可编程SoC及多种芯片集成的低功耗方案外，采用40nm甚至更先进的工艺制程也可进一步降低功耗。