動態(tài)可重構(gòu)可穿戴計算機軟件平臺的設(shè)計與實現(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，人們對電子設(shè)備也有了越來越高的要求。要在保證電子設(shè)備良好性能的同時，還要逐步向小型化方向發(fā)展，只有這樣才能滿足人們對電子設(shè)備的便捷需求。以往可穿戴式計算機主要是以COTS為設(shè)計基礎(chǔ)，但此種方式會在計算機功耗、成本等方面產(chǎn)生一定程度的浪費。基于這種情況，以動態(tài)可重構(gòu)技術(shù)為設(shè)計基礎(chǔ)的可穿戴式計算機應(yīng)運而生。文中針對動態(tài)可重構(gòu)技術(shù)對軟件平臺的設(shè)計與實現(xiàn)進(jìn)行了分析，其目的在于提高可穿戴計算機的適應(yīng)能力以及應(yīng)用實效。

關(guān)鍵詞：動態(tài)可重構(gòu)；可穿戴計算機；軟件平臺

中圖分類號：TP918 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：2095-1302（2014）06-0050-02

0引言

可穿戴式計算機的動態(tài)可重構(gòu)技術(shù)需要軟件相關(guān)人員對FPGA工作原理具有一定的了解掌握，這也是開發(fā)動態(tài)可重構(gòu)技術(shù)軟件的難度所在。本文針對以動態(tài)可重構(gòu)為設(shè)計原理的可穿戴計算機構(gòu)建出一套軟件開發(fā)設(shè)計平臺，以此幫助開發(fā)技術(shù)人員進(jìn)行軟件的開發(fā)工作。基于這種技術(shù)的可穿戴計算機軟件設(shè)計平臺，為開發(fā)人員提供統(tǒng)一的軟件系統(tǒng)API，實現(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)置軟件開發(fā)庫，大大增加了軟件開發(fā)效率，具有積極的實踐意義，因此本文針對以動態(tài)可重構(gòu)技術(shù)為設(shè)計原理的可穿戴計算機相關(guān)需求進(jìn)行分析，對動態(tài)可重構(gòu)技術(shù)進(jìn)行充分掌握，進(jìn)而設(shè)計出更為優(yōu)化的軟件設(shè)計平臺方案。

1可穿戴式計算機的總體設(shè)計

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

1.1降低能源消耗

可穿戴性計算機主要特點即為可隨身攜帶，任意移動，具有良好的便攜性。因此可穿戴式計算機的電池不能過于笨重，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)長時間工作，就必須考慮從降低能耗的角度入手。可以根據(jù)動態(tài)可重構(gòu)理論，以電路復(fù)用的方式設(shè)計精簡電路，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，使用專業(yè)的設(shè)計代碼，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)今社會已逐步轉(zhuǎn)型為數(shù)字信息化時代，因此聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是可穿戴性計算機中最為重要的技術(shù)模塊之一。并且由于可穿戴性計算機可能運作于不同環(huán)境中，則可能采取無線電、wifi以及GSM等多種網(wǎng)絡(luò)連接方式。但為了保證不會由于網(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，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，通常軟件開發(fā)技術(shù)人員都比較熟悉，所以也易于開發(fā)。

1.3易交互

攜帶可穿戴性計算機的使用者需要對計算機進(jìn)行實時操作，實現(xiàn)信息交互，因此就需要在可穿戴性計算機中加入傳感器系統(tǒng)，可以將收到的信息及時反饋給計算機使用者，同時使用者也可以很容易地對計算機下達(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、震動為主要的反饋信息方式。

1.4實時性

由于可穿戴性計算機在其使用中，必須迅速響應(yīng)所下達(dá)的指令。因此要在系統(tǒng)設(shè)計時，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，從而滿足人們對可穿戴性計算機的實時性需求。

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

2動態(tài)可重構(gòu)可穿戴式計算機軟件平臺的設(shè)計與實現(xiàn)

可穿戴性計算機的軟件開發(fā)設(shè)計平臺必須以操作簡單，可擴(kuò)展性強，安全性能高以及網(wǎng)絡(luò)流量使用少等主要特點為設(shè)計根本，因此本文對軟件平臺的設(shè)計與實現(xiàn)進(jìn)行了如下分析：

2.1基于人機交互設(shè)計

由于該軟件平臺主要是在人們移動的狀態(tài)下進(jìn)行操作，可移動過程中無法使用鼠標(biāo)，所以應(yīng)盡量減少鼠標(biāo)操作的設(shè)計。并且將軟件系統(tǒng)中的圖標(biāo)盡量設(shè)計較大，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，應(yīng)設(shè)計為振動提示或聲音提示，以此保證軟件使用者可以專心進(jìn)行工作，并將設(shè)計操作界面，進(jìn)行簡單化設(shè)計，降低操作難度。

圖1可穿戴性計算機的典型組成結(jié)構(gòu)

2.2可擴(kuò)展性設(shè)計

由于軟件平臺是統(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，可直接拓展于平臺中。并且在進(jìn)行系統(tǒng)刷新時，能夠確保舊版本系統(tǒng)在和新版本系統(tǒng)進(jìn)行對接刷新后，無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

由于可穿戴式計算機會隨著穿戴者運行于各種不同的環(huán)境中，因此需要保證其可靠性，并對特殊環(huán)境中會產(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

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

2.5軟件平臺結(jié)構(gòu)設(shè)計

該系統(tǒng)的軟件采用按層設(shè)計的方法。具體如下：

應(yīng)用層：由軟件開發(fā)人員設(shè)計出應(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。

框架庫層：為上層應(yīng)用供應(yīng)通用的框架庫以及可重構(gòu)性框架庫，上層應(yīng)用可根據(jù)可重構(gòu)性框架庫實現(xiàn)對硬件的控制。

網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)層：負(fù)責(zé)實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接，并可進(jìn)行身份識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)動提供支持，對驅(qū)動程序的設(shè)計框架進(jìn)行定義，通常此操作系統(tǒng)的內(nèi)核為嵌入式Linux。

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

硬件層：即為動態(tài)可重構(gòu)式計算機的骨架，如果沒有硬件設(shè)備，以上的軟件系統(tǒng)也就不具有依存空間。圖2所示為可穿戴式計算機軟件平臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計示意圖。

圖2可穿戴式計算機軟件平臺結(jié)構(gòu)

3結(jié)語

隨著當(dāng)今集成電路技術(shù)的飛速發(fā)展，包括智能手機在內(nèi)的各類電子設(shè)備正逐步朝著小型化方向轉(zhuǎn)變，基于對計算機需求標(biāo)準(zhǔn)的轉(zhuǎn)變，移動型電子設(shè)備已經(jīng)逐步受到人們的青睞，本文針對以動態(tài)可重構(gòu)技術(shù)為設(shè)計原理的穿戴計算機軟件開發(fā)平臺需求，對動態(tài)可重構(gòu)式穿戴計算機軟件平臺進(jìn)行了較為深入的構(gòu)建分析，但個人能力尚顯不足，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的設(shè)計方案。

參 考 文 獻(xiàn)

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