动态可重构穿戴计算机软件平台开发路径及网络通信实现分析

洪辉+苏博

摘要：该文目的在于分析研究动态可重构穿戴计算机软件平台开发路径及网络通信实现方面的相关问题。基于某软件案例，设计一款基于动态可重构穿戴计算机软件平台的智能运动手表，满足对可重构穿戴计算机软件设计的开发需求。结果证实，设计实现动态可重构穿戴计算机软件软件，不仅可以优化该软件平台开发路径，提升可穿戴计算机软件平台对环境的适应能力，同时还可提升其网络通信质量，可将软件网络通信质量提升18.0%，可以在实践中推广应用该软件设计方法。

关键词：网络通信；可重构穿戴；动态；可重构穿戴计算机软件

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2017）06-0036-03

Abstract： The purpose of this paper is to analyze and study the development path of dynamic reconfigurable wearable computer software platform and the related issues in the implementation of network communication. Design a based on dynamic reconstruction of wearable computer software platform of wisdom to sports watch in order to meet the people on the reconstruction of the wearable computer software design and development requirements. The results show that the application of dynamic reconstruction of wearable computer software platform， not only can enhance wearable computer software platform on the environment adaptability， but also improve the quality of network communication， enhance the 18.0%. so we can publicize the software design method in practice.

Key words： network communication； reconfigurable wearable； reconfigurable wearable computer software； dynamic

随机科技的发展，将智能化可穿戴设备软件，穿在身上早已不是南柯一梦，可穿戴设备不仅可以直接的穿在人的身上，也可以将可穿戴设备软件整合为一种便于携带、随身佩戴的设备软件，让人可将其穿戴在身上，最常见就有“记步软件、跑步手表、心率测控软件”等，可穿戴软件也渐渐被人们接受[1-2]。本篇基于动态可重构技术，优化设计开发可穿戴计算机软件平台及通信网络，以便可以提升动态可重构穿戴计算机软件应用性能。以下对此做具体分析。

1 动态的可重构技术

动态重构系统，指的是基于时序变化的数字逻辑系统中，对于其不同程序的时序逻辑，并非是通过芯片调用不同区域功能的，也不是由不同的逻辑资源组成的系统，动态可重构的系统中，往往会有能够缓存系统逻辑资源的FPGA模块，可以快速动态实现对系统内局部、全局芯片逻辑的重构[3-7]。动态可重构技术中，可以动态的配置系统实时运行时的FPGA逻辑，并可以重新配置局部需修改的内部逻辑单元[8]，对于没有被修改的系统逻辑单元，则该部分逻辑则不会受到影响，依然可以正常的运行工作。

2 需求分析

针对本次开发设计的穿戴式计算机软件平台中，基于动态可重构技术，优化设计该软件，从软件的平台开发与网络通信中，均能够应用动态可重构技术得以支撑，提升该软件平台的设计质量，使动态穿戴计算机软件设计满足用户需求[9-12]。并且，在本次设计的可穿戴式计算机软件平台中，也能够优化提升软件应用性能，提升软件在用户群体中的可用性[13]。本篇研究中，应用动态可重构技术，优化穿戴计算机软件平台开发路径与网络通信质量，设计一款智能运动手表，以微控制器ATmega644PA为控制核心，利用PCF8563时钟芯片、三维加速度传感器、温度传感器、气压传感器采集运动数据，并使用OLED显示屏实现显示时间功能、显示温度、气压、海拔高度功能、计步功能，结合蓝牙2.1模块，实现与安卓手机的通信功能；团队开发了一款安卓APP与智能手表结合使用，智能手表可以将数据传送到安卓手机，通过APP对数据进行2次处理，实现运动步数、卡路里消耗量、運动距离、运动时间、运动规律的记录与分析，能根据数据为使用者提供健康方面的建议[14]，确保设计的软件平台符合实际用户需求。

3 设计实现基于动态可重构技术的穿戴计算机软件

3.1设计软件的总体结构

对于本次设计的动态可重构穿戴计算机软件中，根据软件的需求分析，结合可穿戴计算机软件、动态可重构等技术，并将其作为本次软件设计中的核心，优化改建该软件平台[15]。软件总体设计结构如下图1所示：

同时，在设计中，也仅需完成前端设计，要足够的智能，能分清何时转变角色，设计方法灵活，系统功能可裁减、易扩充。

3.2功能设计

动态可重构穿戴计算机软件设计之中，能够以软件功能的开发为主，同时结合计算机外部硬件平台，以便可以实现特定的动态可穿戴软件系统的应用功能[16]。分析我们的主题，决定我们设计系统的功能如下：显示时间、年份月份日期、星期以及实时时间；显示温度、气压、海拔高度；记录并显示走路或者跑步步数；将传感器数据传送到安卓手机； 安卓手机软件接收数据，存入数据库，对历史数据进行保存；手机短信提醒、来电提醒功能 ；同时应专注于打造一种存在感，为可穿戴设备的使用用户去提前准备一些事情，比如能够记录睡觉时的数据，分析睡眠状况等。

3.3动态可重构技术应用

动态重构中，基于软件平台设计需要，主要包括两个阶段：第一阶段，也就是动态可重构模块的入口设计与模块设计部分的综合，主要就是动态重构大体功能范围的限定；第二阶段，则是要实现具体动态可重构模块的设计部分，主要包括初始预算、模块的实现以及最终编译等部分。

动态可重构技术中，通过重构技术，动态的实现系统中硬件逻辑资源的重构配置，根据功能及时序变化，将芯片功能进行动态重构，以便可以应用较小的计算机软件硬件资源，最大化发挥系统时序控制功能。

3.4软件平台及网络通信设计

对于软件通信中，通过GPS传感器采集GPS数据，通过分析GPS采集回来的经纬度信息，计算得出运动距离，再根据用户设定的步长，来反推步数。

元器件的主动发光器件OLED，高分子有机材料，可以做成很薄很轻的设计，并且像素很小，分辨率很大，非常适合用于体积要求较高的可穿戴电子设备。

无线传输方式，无线传输方式中适合单片机与安卓智能手机通信的有蓝牙通信和WIFI通信。 WIFI通信模块适合大数据量的传输，而且传输的速度也较快，最大的弱点就是功耗高、稳定性不高；而蓝牙技术比较成熟，在短距离传输方面其稳定性好，功耗也相对较小，可以很方便地实现点对点通信。作为我们的智能可穿戴的设备，我们尽可能要寻找低功耗的模块，而且我们的设备主要是传送用户的运动信息，信息量不是很大，所需要传送的距离也不是很大，不需要WIFI的无线局域网，我们的要求是能够稳定的传送，所以蓝牙模块是我们比较理想的选择。

3.5硬件设计

本次设计的动态可重构穿戴计算机软件平台，由FPGA作为该平台的基础系统，由TCP/IP网络与主机端组成硬件平台。实时动态重构，确保系统的硬件编程中有可重新编程能力，能够动态配置系统资源，在任何时刻确保任何通用基本逻辑功能能够适用于任何平台中；主要就是通过数据总线，将FPGA配置文件传输到FPGA的数据缓冲区，实现逻辑配置。FPGA配置架构如下图2所示：

对于主机端中，可以通过TCP/IP网络将配置文件传送到软件目标系统中的物理层接口，接着经过PLB总线，将配置文件暂存在DDR SDRAM之中，然后结合PLB、OPB总线，将配置文件传送到CF卡保存。对于系统硬件设计中，通过系统服务器，将重构命令传送给系统中的Powerpc处理器，通过SystemACE芯片可以将配置文件在FPGA芯片中配置，从而完成系统动态重构过程，完成系统重构的功能。如下图3所示：

核心模块选择搭载了Atmel ATmega644PA的Microduino-Core+，该模块具有Digital I/O 数字输入/输出端共 0～23，A0～A7。Analog I/O 模拟输入/输出端共 A0～A7 。支持六路PWM输出端口，支持ISP下载功能。

采用Microduino系列的矢量传感器模块，集成了磁场强度传感器，气压传感器，三轴加速度传感器以及三轴陀螺仪，并且可通过I2C接口与Core/Core+核心模块通信。利用该模块所具有的传感器，就可以实现我们的对温度、气压、海拔以及运动步数的测量。用跟踪系统，确定操作者头手和身体位置。当操作者移动头的位置时，眼睛也在随之发生变化，那么虚拟环境中我们也要是实现这一规律，对操作者头手和身体位置进行实时检测 ， 并获取相关数据 ， 再将其反馈给控制系统。用触觉系统，让操作者的手等身体部分能够操作虚拟事物，并且能够让他们感受到虚拟场景中回应他们的反作用力，这样才能给参与者带来真实感。

3.6软件代码实现

动态重构步数的算法：

for （int m=0；m

accelgyro.getMotion6（&ax， &ay， &az， &gx， &gy， &gz）；

//读取6050数据

Ax=ax/16384.00；

Ay=ay/16384.00；

Az=az/16384.00；

data_of_N_FFT[m].real = sqrt（（Ax*Ax）+（Ay*Ay）+（Az*Az））； //输入采样数据

data_of_N_FFT[m].imag = 0；

}

FFT（）；

for（intii=20；ii

……

4 实现效益分析

设计动态可重构穿戴计算机软件，不仅可以提升可穿戴计算机软件平台对环境的适应能力，也可提升软件网络通信质量，提升18.0%，发挥积极设计实现效益。动态可重构在可重构穿戴计算机软件中，可以集成化、小型化以及高可靠的实现动态可重构穿戴计算机软件的功能，并可提升软件应该平台资源的利用率，降低软件的开发成本，能够使该软件开发在实际中发挥应用效益，具有极强的市场经济效益竞争力，发挥积极实现价值。

5 结论

综上所述，设计实现动态可重构穿戴计算机软件，不及可以优化该软件平台的开发路径，还可提升其网络通信质量，将更大化地改变现代人的日常生活，可以在实践中推广应用该软件设计方法。

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