微控制器 （MCU） 創新正在悄悄地以更小的外形尺寸封裝更多的智能。這些進步使操作系統（OS）能夠用于小型傳感器設備，如可穿戴設備。

可穿戴設備、物聯網傳感器趨勢

在更小尺寸的可穿戴設備和傳感器設備中，智能正在增加。如今的MCU體積小，具有足夠的成本效益，可用于各種傳感器應用，而這些應用以前不包括價格和尺寸要求。隨著MCU在這些應用程序中的激增，運行在這些應用程序中的操作系統也是如此。

向可穿戴設備添加操作系統在特性、功能和上市時間優勢方面打開了新的大門。問題就變成了，僅僅使用任何針對MCU的操作系統就足夠了，還是必須針對這些設備調整操作系統？

RoweBots最近在可穿戴設備技術會議上宣布了“可穿戴OS”的可用性，該技術專門針對可穿戴設備和物聯網（支持物聯網）的設備進行了優化。

“可穿戴操作系統”的出現

RoweBots的歷史包括用于安全性和可靠性至關重要的軍事系統中使用的Unison RTOS。這段歷史包括傳統的嵌入式系統實踐，涉及在特定處理器架構上移植和運行操作系統，為板級支持包（BSP）添加驅動程序，以及為嵌入式應用開發提供API。

在過去的10年里，RoweBots也一直在物聯網領域工作?！拔覀兊牟僮飨到y產品以MCU和小型微處理器為目標，目標是創建高效的設計，”RoweBots首席執行官Kim Rowe說?！半S著時間的推移，實時需求已經減少。閃存和RAM尺寸已成為嵌入式和物聯網設計的關鍵成本因素。

羅威提到了他們的可穿戴操作系統的兩個關鍵重點領域：

能夠在一個小包裝中做更多的事情。對精益產品開發 （LPD） 的支持是 RoweBots 物聯網操作系統的基石（圖 1）。

基于嵌入式 Linux 的開放式 API 允許 RoweBots 操作系統產品集成與平臺上所需的功能和可用資源相匹配的庫。

“在開發可穿戴操作系統時，我們采用了一種更打包的方法來提供實時操作系統（RTOS），”Rowe解釋說。“我們并沒有止步于控制器的芯片支持包。我們添加了處理特定垂直市場的軟件包。可穿戴設備就是這些目標之一。這項工作的三個關鍵支柱是為可穿戴產品提供硬件支持，優化軟件設計，以及加快上市時間。

可穿戴設備的世界需要一整套操作系統/處理器支持、連接、存儲和云連接。此外，安全要求也很重要，RoweBots在軍事工業中使用Unison RTOS的歷史使他們在理解安全考慮因素方面取得了進展。其中大部分也被納入可穿戴設備。

Rowe提到了不要停止MCU操作系統的開發以及制造商提供的傳感器驅動程序支持的重要性?！皞鞲衅髦С中枰峭ㄓ玫模彼f?！霸试S開發人員使用任意數量的溫度傳感器、加速度計或任何所需的外設，以允許選擇并保持硬件獨立性和抽象性，這一點非常重要。

電源管理

電源管理是另一個關鍵組件。一些MCU被簡單地設計為非常低的功耗，幾乎沒有功耗模式。因此，例如，與ARM處理器的功能相比，大多數MCU的電源管理都很簡單。

“MCU制造商通常會嘗試最大限度地提高全方位的電源效率，”Rowe說?！叭欢谝恍└冗M的處理器中，電源管理已經邁出了一大步。在你可以做些什么來睡覺和再次醒來方面，還有更多的選擇。

Rowe提到的一些選項涉及可以更新的硬件中的集成電源模式，以及某些能夠喚醒軟件的芯片事件。

可穿戴連接

無線連接是可穿戴設備的另一個重要功能。Kim提到了體育產業中一些有趣的應用，這些應用需要不同的無線電類型。“我們的操作系統需要根據運動支持三種不同類型的無線電，”Row說?！耙环N是用于自行車比賽等個人操作?？纱┐髟O備用于提供有關速度，生命體征和碰撞信息的指標。這些東西使用藍牙低功耗（BLE）。另一個延伸是公路賽或馬拉松比賽，你不想隨身攜帶手機。這些應用需要長距離 （LoRa） 無線電。足球或籃球應用是第三個例子。這些應用程序使用802.14，它允許隊友之間的組通信功能“。

羅威補充說，羅威機器人已經為傳統的嵌入式市場提供了一段時間的LTE和Wi-Fi解決方案。過去，他們也使用專有連接，如衛星電話。一個示例應用是卡特彼勒低成本跟蹤器。

可穿戴安全

可穿戴設備的兩個關鍵方面是通信/信息安全以及軟件更新安全性和身份驗證。在過去的六年中，Unison RTOS已經配備了完整的無線（OTA）更新功能，并始終關注安全性。這些功能在他們的可穿戴操作系統環境中被采用。

“每個人都想談論安全，但沒有人愿意為此付費，”Rowe說?！按蠹s5年前，我們決定，使用我們的操作系統部署不安全的系統是不可接受的。因此，我們免費捆綁了重要的安全功能。

“例如，傳輸層安全性（TLS）通信是標準配置，以及用于文件傳輸的安全SFTP和用于遠程控制（登錄和命令執行）的SSH，”他補充道。

安全啟動是可穿戴設備的另一個關鍵方面。這對于確保 OTA 更新的安全性非常重要。根據處理器的功能，它可以包含在硬件中或在軟件中模擬。

例如，i.MX6（恩智浦/飛思卡爾）和RZ（瑞薩電子）安全啟動技術以及其他類似機制將密鑰嵌入硬件中，并提供芯片獨有的嵌入式加密，用于對軟件映像進行簽名和加密。這允許具有安全啟動技術的平臺對映像的源進行身份驗證，并知道映像本身未損壞，并且還提供了一種機制，以便在更新未成功發生或操作中存在錯誤時回滾到以前的版本。所有這些都造就了一個更可靠、更安全的系統。

Rowe進一步承認，該公司繼續努力增強其產品的安全性，包括最近完成的微軟Azure軟件包，其中包括通過HTTP，MQTT和AMQP協議的安全通信，以及云平臺本身。

圖形和用戶界面

也許與可穿戴設備和智能傳感器相關的最有趣的挑戰是獨特的圖形和用戶界面（UI）。在較大的系統上，有很多功能和屏幕區域可用于花哨的圖形和用戶交互。這些系統也往往非常耗電。

在較小的一端，對于手表和手腕可穿戴設備，Rowe指出，可穿戴操作系統通常使用供應商推薦的軟件包或第三方供應商的超低功耗圖形和UI組件。毫不奇怪，可穿戴設備編程很像傳統的嵌入式系統編程，使用應用程序庫和C/C++編程語言，帶有Eclipse變體或嵌入式集成開發環境（IDE）。

BSD 套接字網絡、文件 I/O 以及嵌入式 Linux 和符合 POSIX 標準的 API 可加快這些構建中的開發速度。Kim引用了一個嵌入式Linux應用程序示例，該示例使用這些工具在2天內在操作系統上移植，運行和測試。移植后，基準測試顯示，由于可穿戴操作系統的開銷明顯低于嵌入式Linux，在其操作系統上運行的同一應用程序的幀速率提高了50%。

具有類似功能的可穿戴設備小型化的另一個令人興奮的例子涉及eSight技術產品。這些眼鏡可以幫助患有特定類型的外周或近視失明癥的人正?？辞濉Sight將相機放在鼻梁上，以進行自動曝光并補償您的特定視力缺陷。在你的臀部，你有縮放和平移控制。可穿戴設備將圖像放在您眼前的小屏幕上。這項技術使有視力問題的人能夠正?？吹?，并且實際上改變了生活。

總結

可穿戴和物聯網傳感器和設備開發需要硬件、軟件的組合以及重用它們的能力，以便在不犧牲性能和可靠性的同時縮短上市時間。無論您是在開發必須集成到更大物聯網環境中的醫療、工廠車間還是可穿戴設備，使用垂直操作系統環境進行構建都可以通過更多完成的、經過測試的代碼來提高可靠性和安全性，同時縮短上市時間，并保持組件和硬件供應商的靈活性。

審核編輯：郭婷