動(dòng)態(tài)可重構(gòu)可穿戴計(jì)算機(jī)軟件平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘 要：隨著科技的不斷進(jìn)步，集成電路技術(shù)也取得了飛速發(fā)展，人們對(duì)電子設(shè)備也有了越來(lái)越高的要求。要在保證電子設(shè)備良好性能的同時(shí)，還要逐步向小型化方向發(fā)展，只有這樣才能滿足人們對(duì)電子設(shè)備的便捷需求。以往可穿戴式計(jì)算機(jī)主要是以COTS為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，但此種方式會(huì)在計(jì)算機(jī)功耗、成本等方面產(chǎn)生一定程度的浪費(fèi)?；谶@種情況，以動(dòng)態(tài)可重構(gòu)技術(shù)為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)的可穿戴式計(jì)算機(jī)應(yīng)運(yùn)而生。文中針對(duì)動(dòng)態(tài)可重構(gòu)技術(shù)對(duì)軟件平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了分析，其目的在于提高可穿戴計(jì)算機(jī)的適應(yīng)能力以及應(yīng)用實(shí)效。

關(guān)鍵詞：動(dòng)態(tài)可重構(gòu)；可穿戴計(jì)算機(jī)；軟件平臺(tái)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP918 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：2095-1302（2014）06-0050-02

0引言

可穿戴式計(jì)算機(jī)的動(dòng)態(tài)可重構(gòu)技術(shù)需要軟件相關(guān)人員對(duì)FPGA工作原理具有一定的了解掌握，這也是開(kāi)發(fā)動(dòng)態(tài)可重構(gòu)技術(shù)軟件的難度所在。本文針對(duì)以動(dòng)態(tài)可重構(gòu)為設(shè)計(jì)原理的可穿戴計(jì)算機(jī)構(gòu)建出一套軟件開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)平臺(tái)，以此幫助開(kāi)發(fā)技術(shù)人員進(jìn)行軟件的開(kāi)發(fā)工作?；谶@種技術(shù)的可穿戴計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)平臺(tái)，為開(kāi)發(fā)人員提供統(tǒng)一的軟件系統(tǒng)API，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管理與透明編程。并將桌面環(huán)境設(shè)置為圖形化，從而降低軟件的使用難度。并設(shè)置軟件開(kāi)發(fā)庫(kù)，大大增加了軟件開(kāi)發(fā)效率，具有積極的實(shí)踐意義，因此本文針對(duì)以動(dòng)態(tài)可重構(gòu)技術(shù)為設(shè)計(jì)原理的可穿戴計(jì)算機(jī)相關(guān)需求進(jìn)行分析，對(duì)動(dòng)態(tài)可重構(gòu)技術(shù)進(jìn)行充分掌握，進(jìn)而設(shè)計(jì)出更為優(yōu)化的軟件設(shè)計(jì)平臺(tái)方案。

1可穿戴式計(jì)算機(jī)的總體設(shè)計(jì)

基于當(dāng)今人們對(duì)于高科技電子設(shè)備要求的不斷提高，可穿戴性計(jì)算機(jī)因其體積小、耗能低、可擴(kuò)展功能全等特點(diǎn)，越來(lái)越受到當(dāng)今各類(lèi)人群的喜愛(ài)。為了保證可穿戴性計(jì)算機(jī)具有良好的可持續(xù)發(fā)展空間，必須不斷優(yōu)化以下幾個(gè)方面：

1.1降低能源消耗

可穿戴性計(jì)算機(jī)主要特點(diǎn)即為可隨身攜帶，任意移動(dòng)，具有良好的便攜性。因此可穿戴式計(jì)算機(jī)的電池不能過(guò)于笨重，以免影響攜帶者的便攜需求。但為了保證具有足夠的電量，以供應(yīng)長(zhǎng)時(shí)間工作，就必須考慮從降低能耗的角度入手?？梢愿鶕?jù)動(dòng)態(tài)可重構(gòu)理論，以電路復(fù)用的方式設(shè)計(jì)精簡(jiǎn)電路，以此減少整體體積。而軟件方面就需要盡量采取優(yōu)化程序，使用專(zhuān)業(yè)的設(shè)計(jì)代碼，并非只是單純移植PC中的現(xiàn)有代碼。

1.2 聯(lián)網(wǎng)功能

當(dāng)今社會(huì)已逐步轉(zhuǎn)型為數(shù)字信息化時(shí)代，因此聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是可穿戴性計(jì)算機(jī)中最為重要的技術(shù)模塊之一。并且由于可穿戴性計(jì)算機(jī)可能運(yùn)作于不同環(huán)境中，則可能采取無(wú)線電、wifi以及GSM等多種網(wǎng)絡(luò)連接方式。但為了保證不會(huì)由于網(wǎng)絡(luò)連接方式的區(qū)別發(fā)生軟件功能變化，需要設(shè)計(jì)為統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)接口。并且要考慮與其它設(shè)備進(jìn)行互聯(lián)時(shí)，保證數(shù)據(jù)具有良好的傳輸速度，可以采用TCP/IP的協(xié)議模式進(jìn)行通訊，由于這種方式是基于SOCKET技術(shù)的編程模式，通常軟件開(kāi)發(fā)技術(shù)人員都比較熟悉，所以也易于開(kāi)發(fā)。

1.3易交互

攜帶可穿戴性計(jì)算機(jī)的使用者需要對(duì)計(jì)算機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)操作，實(shí)現(xiàn)信息交互，因此就需要在可穿戴性計(jì)算機(jī)中加入傳感器系統(tǒng)，可以將收到的信息及時(shí)反饋給計(jì)算機(jī)使用者，同時(shí)使用者也可以很容易地對(duì)計(jì)算機(jī)下達(dá)指令。今天大多采用物理按鍵或者觸摸屏作為主要的下達(dá)指令方式，以鈴聲、震動(dòng)為主要的反饋信息方式。

1.4實(shí)時(shí)性

由于可穿戴性計(jì)算機(jī)在其使用中，必須迅速響應(yīng)所下達(dá)的指令。因此要在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，盡量減少系統(tǒng)的復(fù)雜性，以此最大化提高系統(tǒng)的反應(yīng)速度，從而滿足人們對(duì)可穿戴性計(jì)算機(jī)的實(shí)時(shí)性需求。

根據(jù)以上分析不難看出，可穿戴性計(jì)算機(jī)和以往傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)存在著很大差異，因此必須以全新視角對(duì)其應(yīng)用程序進(jìn)行設(shè)計(jì)。圖1所示是可穿戴性計(jì)算機(jī)的典型組成結(jié)構(gòu)示意圖。

2動(dòng)態(tài)可重構(gòu)可穿戴式計(jì)算機(jī)軟件平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

可穿戴性計(jì)算機(jī)的軟件開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)平臺(tái)必須以操作簡(jiǎn)單，可擴(kuò)展性強(qiáng)，安全性能高以及網(wǎng)絡(luò)流量使用少等主要特點(diǎn)為設(shè)計(jì)根本，因此本文對(duì)軟件平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了如下分析：

2.1基于人機(jī)交互設(shè)計(jì)

由于該軟件平臺(tái)主要是在人們移動(dòng)的狀態(tài)下進(jìn)行操作，可移動(dòng)過(guò)程中無(wú)法使用鼠標(biāo)，所以應(yīng)盡量減少鼠標(biāo)操作的設(shè)計(jì)。并且將軟件系統(tǒng)中的圖標(biāo)盡量設(shè)計(jì)較大，使目標(biāo)更易選中，并盡可能地減少文字輸入。當(dāng)接收到信息進(jìn)行反饋時(shí)，應(yīng)設(shè)計(jì)為振動(dòng)提示或聲音提示，以此保證軟件使用者可以專(zhuān)心進(jìn)行工作，并將設(shè)計(jì)操作界面，進(jìn)行簡(jiǎn)單化設(shè)計(jì)，降低操作難度。

圖1可穿戴性計(jì)算機(jī)的典型組成結(jié)構(gòu)

2.2可擴(kuò)展性設(shè)計(jì)

由于軟件平臺(tái)是統(tǒng)一且通用的，所以必須考慮到橫縱向的拓展性。主要是指在添加新基礎(chǔ)功能時(shí)，可直接拓展于平臺(tái)中。并且在進(jìn)行系統(tǒng)刷新時(shí)，能夠確保舊版本系統(tǒng)在和新版本系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)接刷新后，無(wú)需更改軟件便可以直接作用于新系統(tǒng)中。

2.3可靠性設(shè)計(jì)

由于可穿戴式計(jì)算機(jī)會(huì)隨著穿戴者運(yùn)行于各種不同的環(huán)境中，因此需要保證其可靠性，并對(duì)特殊環(huán)境中會(huì)產(chǎn)生的某種特殊情況進(jìn)行預(yù)防，例如減少電磁干擾的情況發(fā)生。

2.4網(wǎng)絡(luò)流量設(shè)計(jì)

穿戴者由于經(jīng)常處于移動(dòng)狀態(tài)，尤其位于野外環(huán)境。此時(shí)網(wǎng)絡(luò)寬帶較小，但網(wǎng)絡(luò)資源較為昂貴，所以必須通過(guò)應(yīng)用程序等措施減少流量。

2.5軟件平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)的軟件采用按層設(shè)計(jì)的方法。具體如下：

應(yīng)用層：由軟件開(kāi)發(fā)人員設(shè)計(jì)出應(yīng)用層，并且在其中屏蔽硬件層。主要為使用者提供應(yīng)用軟件。

框架庫(kù)層：為上層應(yīng)用供應(yīng)通用的框架庫(kù)以及可重構(gòu)性框架庫(kù)，上層應(yīng)用可根據(jù)可重構(gòu)性框架庫(kù)實(shí)現(xiàn)對(duì)硬件的控制。

網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)層：負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接，并可進(jìn)行身份識(shí)別與在線管理和消息發(fā)送等網(wǎng)絡(luò)功能。

操作系統(tǒng)：為硬件函數(shù)的調(diào)動(dòng)提供支持，對(duì)驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)框架進(jìn)行定義，通常此操作系統(tǒng)的內(nèi)核為嵌入式Linux。

驅(qū)動(dòng)程序?qū)樱褐饕?fù)責(zé)針對(duì)特定的硬件相關(guān)需求，進(jìn)行相應(yīng)的邏輯操控，和具體的硬件設(shè)計(jì)環(huán)境有關(guān)。

硬件層：即為動(dòng)態(tài)可重構(gòu)式計(jì)算機(jī)的骨架，如果沒(méi)有硬件設(shè)備，以上的軟件系統(tǒng)也就不具有依存空間。圖2所示為可穿戴式計(jì)算機(jī)軟件平臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)示意圖。

圖2可穿戴式計(jì)算機(jī)軟件平臺(tái)結(jié)構(gòu)

3結(jié)語(yǔ)

隨著當(dāng)今集成電路技術(shù)的飛速發(fā)展，包括智能手機(jī)在內(nèi)的各類(lèi)電子設(shè)備正逐步朝著小型化方向轉(zhuǎn)變，基于對(duì)計(jì)算機(jī)需求標(biāo)準(zhǔn)的轉(zhuǎn)變，移動(dòng)型電子設(shè)備已經(jīng)逐步受到人們的青睞，本文針對(duì)以動(dòng)態(tài)可重構(gòu)技術(shù)為設(shè)計(jì)原理的穿戴計(jì)算機(jī)軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)需求，對(duì)動(dòng)態(tài)可重構(gòu)式穿戴計(jì)算機(jī)軟件平臺(tái)進(jìn)行了較為深入的構(gòu)建分析，但個(gè)人能力尚顯不足，希望可以得到同業(yè)人員的不吝賜教，以此不斷完善軟件平臺(tái)的設(shè)計(jì)方案。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]李鵬，蘭巨龍，姜鰓鵬.FPGA動(dòng)態(tài)局部重構(gòu)技術(shù)研究進(jìn)展[J].信息工程大學(xué)學(xué)報(bào)，2009， 10（1）： 98-101.

[2]南希，龔龍慶，田衛(wèi)，等.基于FPGA的動(dòng)態(tài)可重構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2009， 32（6）： 4-7.

[3] Heinrich M， Taubman G， Geiss R， et al. WEARABLE COMPUTER WITHCURVED DISPLAY AND NAVIGATION TOOL： U.S. Patent 20，130，002，_54_5[P].2013—1-3.

[4]趙成.基于FPGA的動(dòng)態(tài)可重構(gòu)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)密碼算法的研究[D].北京：北京郵電大學(xué)，2010.

[5 ]高明鵬.基于XMPP協(xié)議的Android手機(jī)即時(shí)通信應(yīng)用研究與實(shí)現(xiàn)[D].南昌：南昌大學(xué)，2012.

[6]鄒諱.支持動(dòng)態(tài)可重構(gòu)硬件透明編程操作系統(tǒng)的任務(wù)調(diào)度研究[D].長(zhǎng)沙：湖南大學(xué)，2008.

[7]潘興武.基于SOPC的可穿戴計(jì)算機(jī)動(dòng)態(tài)重構(gòu)模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].成都：電子科技大學(xué)，2010.

作者簡(jiǎn)介：李淑俠，女，1992年畢業(yè)于西安科技大學(xué)通信工程專(zhuān)業(yè)，進(jìn)入潼關(guān)電信局工作以來(lái)，主要從事交換、傳輸、數(shù)據(jù)設(shè)備維護(hù)和管理工作。