低功耗便携式设备、其信号处理方法和计算机可读存储介质与流程

1.本发明实施例涉及信号处理设备，尤其涉及一种低功耗便携式设备、其信号处理方法和计算机可读存储介质。


背景技术：

2.便携式设备是指在使用场地之间容易携带的小型计算设备，如平板电脑、个人数字助理、手机等。根据其用途，可为其设置如通信模块、拍摄模块或其他功能模块。其中，有一种便携式设备可直接穿戴在身上，或者整合到用户的衣服或配件中，即可穿戴设备。
3.可穿戴设备多以具备部分计算功能、可连接手机及各类终端的便携式配件形式存在，主流的产品形态包括以手腕为支撑的手表类(包括手表和腕带等产品)，以脚为支撑的鞋类(包括鞋、袜子或者将来的其他腿上佩戴产品)，以头部为支撑的头部配件类(包括眼镜、头盔、头带等)，以及智能服装、书包、拐杖、配饰等各类非主流产品形态。可穿戴设备不仅仅是一种硬件设备，更是通过软件支持以及数据交互、云端交互来实现强大的功能。
4.便携式设备内通常设置有例如，但不限于，安卓、ios等操作系统，可穿戴设备根据其类型，还可运行例如wear os或watch os等操作系统。
5.然而，由于包括可穿戴设备在内的便携式设备具有轻便、小型化的特点，其计算资源、存储资源、供电能力等均比较有限，因此在需要持续运行的应用场景中，其待机时间大大缩短，无法满足应用的要求。


技术实现要素：

6.本发明实施例的目的在于，提供一种低功耗便携式设备及其信号处理技术，以有效地优化便携式设备的功率消耗。
7.根据本发明实施例的一个方面，提供一种低功耗便携式设备，包括：主处理器、配有片内存储器的协处理器、分别与所述主处理器和所述协处理器连接的片外存储器、连接在所述主处理器和所述协处理器之间的交互接口和唤醒接口，所述主处理器在睡眠状态和工作状态之间切换，并且所述协处理器在片外存储状态和片内缓存状态之间切换；其中，当所述主处理器处于睡眠状态时，所述协处理器处于片外存储状态；当所述主处理器处于工作状态时，所述协处理器处于片内缓存状态。其中，所述主处理器用于在睡眠状态下，通过唤醒接口被所述协处理器唤醒，进入工作状态；所述主处理器用于在工作状态下，对所述片外存储器执行读取操作，当完成对所述片外存储器的读取操作时，通过所述交互接口向所述协处理器发送操作完成信号，并且再次进入睡眠状态。其中，所述协处理器用于在所述片外存储状态下，对所述片外存储器执行数据的写入操作；当完成对所述片外存储器的写入操作时，所述协处理器用于通过所述唤醒接口唤醒所述主处理器，并且进入片内缓存状态；所述协处理器用于在所述片内缓存状态下，在其片内存储器内写入数据。
8.可选地，所述低功耗便携式设备还包括：与所述协处理器连接的第一通信模块，所述第一通信模块与数据采集设备通信并从数据采集设备接收采集数据。其中，所述协处理
器在片外存储状态下，将已缓存在协处理器的片内存储器ram中的采集数据存储在所述片外存储器中，并且持续将所述第一通信模块接收的采集数据进行处理，将经处理的采集数据存储在所述片外存储器中，当存储的采集数据达到预定数据量时，通过所述唤醒接口唤醒所述主处理器，并且进入片内缓存状态；所述协处理器在片内缓存状态下，其中，通过所述交互接口将片外存储器的起始读取地址和读取长度发送给所述主处理器，并且对所述第一通信模块从数据采集设备接收的采集数据进行处理，将经处理的采集数据缓存在片内存储器ram中，当通过所述交互接口接收到主处理器的完成信号时，进入所述片外存储状态。
9.可选地，所述低功耗便携式设备还包括：与所述主处理器连接的第二通信模块，所述第二通信模块与服务器通信。其中，所述主处理器初始处于睡眠状态，当通过所述唤醒接口被唤醒进入工作状态时，所述主处理器通过所述交互接口接收片外存储器的起始读取地址和读取长度的信息，从所述片外存储器的起始读取地址读取所述读取长度的采集数据，并且通过所述第二通信模块将读取的采集数据发送给所述服务器；当完成已读取的采集数据的发送时，通过所述交互接口向所述协处理器发送所述完成信号，并且进入睡眠状态。
10.可选地，所述第一通信模块为低功耗蓝牙模块，所述第二通信模块为wifi模块或移动通信模块。
11.可选地，所述交互接口为串行通信接口，所述唤醒接口为具备唤醒功能的通用输入输出gpio接口。
12.可选地，所述主处理器为运行安卓、wear os或者watch os操作系统的处理器，所述协处理器为嵌入式系统处理器。
13.可选地，所述片外存储器为闪速存储器flash、铁电存储器fram或安全数字卡sd，所述数据采集设备为心电数据采集设备。
14.根据本发明实施例的另一方面，提供一种用于低功耗便携式设备的信息处理方法，所述信息处理方法包括：所述主处理器初始处于睡眠状态，当通过所述唤醒接口被唤醒进入工作状态时，所述主处理器通过所述交互接口接收片外存储器的起始读取地址和读取长度的信息，从所述片外存储器的起始读取地址读取所述读取长度的采集数据，并且通过所述第二通信模块将读取的采集数据发送给所述服务器；当完成已读取的采集数据的发送时，通过所述交互接口向所述协处理器发送所述完成信号，并且进入睡眠状态；所述协处理器在片外存储状态下，将已缓存在协处理器的片内存储器ram中的采集数据存储在所述片外存储器中，并且持续将所述第一通信模块接收的采集数据进行处理，将经处理的采集数据存储在所述片外存储器中，当存储的采集数据达到预定数据量时，通过所述唤醒接口唤醒所述主处理器，并且进入片内缓存状态；所述协处理器在片内缓存状态下，其中，通过所述交互接口将片外存储器的起始读取地址和读取长度发送给所述主处理器，并且对所述第一通信模块从数据采集设备接收的采集数据进行处理，将经处理的采集数据缓存在片内存储器ram中，当通过所述交互接口接收到主处理器的完成信号时，进入所述片外存储状态。
15.可选地，所述数据采集设备为心电数据采集设备，所述采集数据为心电数据，所述唤醒接口为具备唤醒功能的gpio接口。其中，所述通过所述唤醒接口唤醒所述主处理器，包括：所述协处理器通过向所述gpio接口施加高电平、低电平、上升沿或者下降沿信号，唤醒所述主处理器。
16.根据本发明实施例的又一方面，提供一种计算机可读存储介质，其存储有计算机
程序指令，所述计算机程序指令被处理器执行时用于实现任一前述用于低功耗便携式设备的信息处理方法。
17.根据本发明实施例的低功耗便携式设备、其信息处理方法以及相应的计算机可读存储介质，通过在包括可穿戴设备的便携式设备中设置具有专用数据处理功能的低功耗协处理器，并且对主处理器和协处理器进行与数据存储和数据处理相关的编程设计，使得主处理器多数时间处于睡眠状态而仅在需要处理数据时被唤醒，在实现一般便携式设备的低功耗运行性能的基础上，能够以超低功耗的方式进行采集数据的存储和处理。
18.此外，可通过对通用的便携式设备进行相对少的改造设计实现本发明实施例的低功耗便携式设备，而无需从头开始设计实现。通过利用已有的系统框架，可大大节省低功耗便携式设备的设计工作量，并且降低设计的复杂度。
附图说明
19.图1是示出根据本发明实施例的低功耗便携式设备的结构框图；
20.图2是示出根据本发明实施例的用于低功耗便携式设备的信息处理方法的流程图。
具体实施方式
21.下面结合附图(若干附图中相同的标号表示相同的元素)和实施例，对本发明实施例的具体实施方式作进一步详细说明。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
22.本领域技术人员可以理解，本发明实施例中的“第一”、“第二”等术语仅用于区别不同步骤、设备或模块等，既不代表任何特定技术含义，也不表示它们之间的必然逻辑顺序。
23.以下将参照图1描述根据本发明实施例的低功耗便携式设备。
24.图1是示出根据本发明实施例的低功耗便携式设备100的结构框图。该低功耗便携式设备用于以超低功耗的方式对片外存储器持续进行数据的读写。
25.参照图1，根据本发明实施例的低功耗便携式设备100包括主处理器110、协处理器120、片外存储器130、交互接口140和唤醒接口150。其中，片外存储器130分别与主处理器110和协处理器120电连接，而交互接口140和唤醒接口150均连接在主处理器110和协处理器120之间。
26.其中，主处理器110可以是例如，但不限于，运行安卓、wear os或者watch os操作系统等的处理器，协处理器120配有片内存储器并被设计为专门用于数据处理的嵌入式系统处理器。主处理器110内也可设有片内存储器ram，以用于运行中进行系统数据和应用数据的缓存。由于主处理器110用于整个便携式设备的系统控制而协处理器120仅专门用于数据处理，因此可以想见，当两个处理器处于其工作模式时，主处理器110的功耗通常高于协处理器120的功耗。
27.片外存储器130可以是例如，但不限于，闪速存储器flash、铁电存储器fram或安全数字卡sd，用于存储该低功耗便携式设备处理的数据。交互接口140和唤醒接口15均连接在主处理器110和协处理器120之间。其中，交互接口140可以是例如普通的串行通信接口、
rs232接口、spi(串行外设接口)接口等，主处理器110和协处理器120通过该交互接口140进行与数据处理相关的信息交互；唤醒接口150为具备唤醒功能的通用输入输出gpio接口或通用异步收发传输器uart接口，协处理器120通过唤醒接口150唤醒主处理器110。
28.为了使该用于数据处理的低功耗便携式设备100实现超低功耗运行，该低功耗便携式设备100的两个处理器协同工作，尽可能降低功耗高的主处理器110的运行时间。为此，将两个处理器设计为，主处理器110在睡眠状态和工作状态之间切换，并且协处理器120在片外存储状态和片内缓存状态之间切换。其中，当主处理器110处于睡眠状态时，协处理器120处于片外存储状态；当主处理器110处于工作状态时，协处理器120处于片内缓存状态。
29.具体地，在低功耗便携式设备提供数据服务中，主处理器110用于初始处于睡眠状态，其通过唤醒接口被协处理器120唤醒，进入工作状态。在工作状态下，主处理器110用于对片外存储器130执行读取操作，当完成对片外存储器130的读取操作时，通过交互接口140向协处理器120发送操作完成信号，并且再次进入睡眠状态。
30.另一方面，协处理器120用于初始处于片外存储状态，对片外存储器130持续执行数据的写入操作；当完成对片外存储器130的写入操作时，协处理器120用于通过唤醒接口150唤醒主处理器110，并且进入片内缓存状态；协处理器120用于在所述片内缓存状态下，在其片内存储器ram内写入数据。
31.具有前述结构的低功耗便携式设备在持续有数据产生并且需要对其片外存储器130进行读写的数据服务时，能够使功耗相对高的主处理器110多数时候处于睡眠状态，而使用功耗低的协处理器120持续地进行对片外存储器130的数据写入；仅在完成一定量的数据写入后，再唤醒主处理器110进入批量数据的读取，从而显著地降低整个系统的功耗。与此相比，现有的仅配备一个主处理器110的便携式设备在持续进行数据写入的情况下，需要持续在工作状态下运行，而无法进入低功耗运行的睡眠状态。因此，与现有的低功耗便携式设备在大多数时候处于低功耗运行状态，能够实现超低功耗运行。
32.根据本发明的示例性实施例，该低功耗便携式设备用于持续地从数据采集设备获取采集数据并且写入片外存储器130。具体地，该低功耗便携式设备还包括与协处理器120连接的第一通信模块160，第一通信模块160与数据采集设备通信并从数据采集设备接收采集数据。
33.相应地，当该低功耗便携式设备启动数据采集服务后，协处理器120初始进入片外存储状态，并且主处理器110初始进入睡眠状态。
34.当协处理器120进入片外存储状态时，如果协处理器120的片内存储器ram中已缓存有采集数据，则将已缓存在协处理器120的片内存储器ram中的采集数据存储在片外存储器130中。然后，协处理器120持续地通过第一通信模块160从数据采集设备接收采集数据，对接收的采集数据进行处理，并且将经处理的采集数据存储在片外存储器130中。当存储的采集数据达到预定数据量时，通过唤醒接口150唤醒主处理器110，并且进入片内缓存状态。
35.协处理器120在进入片内缓存状态时，先通过交互接口140将片外存储器130的起始读取地址和读取长度发送给主处理器110；然后，持续地通过第一通信模块160从数据采集设备接收采集数据，对接收的采集数据进行处理，将经处理的采集数据缓存在片内存储器ram中，当通过交互接口140接收到主处理器110的完成信号时，进入所述片外存储状态。
36.根据本发明的示例性实施例，该低功耗便携式设备还用于间歇性地将持续写入片
外存储器130中的采集数据读出并发送给服务器。
37.相应地，该低功耗便携式设备还包括与主处理器110连接的第二通信模块170，主处理器110通过第二通信模块170与服务器通信。
38.如前所述，主处理器110初始处于睡眠状态。当通过唤醒接口150被唤醒进入工作状态时，如果主处理器110通过交互接口140接收片外存储器130的起始读取地址和读取长度的信息，则从片外存储器130的起始读取地址读取所述读取长度的采集数据，并且通过第二通信模块170将读取的采集数据发送给所述服务器。当完成已读取的采集数据的发送时，主处理器110通过交互接口140向协处理器120发送所述完成信号，并且进入睡眠状态。
39.这里，可选地，该第一通信模块160可以是低功耗蓝牙模块或其他近场通信模块；第二通信模块170可以是wifi模块或移动通信模块(如3g、4g或5g通信模块)。
40.根据本发明实施例的低功耗便携式设备100在启动数据服务时，主处理器110初始可处于睡眠状态，由协处理器120处于片外存储状态，其将通过第一通信模块160从数据采集设备接收到的采集数据存储在片外存储器130中，当存储的采集数据达到一定量时，协处理器120通过唤醒接口150唤醒主处理器110。主处理器110被唤醒后，进入工作状态，将其睡眠期间已被存储到片外存储器130中的采集数据通过第二通信模块170上传给远程服务器；当完成上传后，主处理器110通过交互接口140通知协处理器120其已完成数据上传，然后再次进入睡眠状态。在主处理器110被唤醒进入工作状态期间，协处理器120可继续(在片内存储器ram中)缓存从数据采集设备接收的数据(片内缓存状态)。如此循环往复，主处理器110和协处理器120协同工作，持续地将来自数据采集设备的采集数据存储至片外存储器130中，并且批量地将存储的采集数据上传至服务器。稍后将参照图2详细描述用于低功耗便携式设备100的信息处理方法。
41.在一种可选的应用场景中，前述数据采集设备可以是心电数据采集设备、血压数据采集设备、血氧数据采集设备等，但不限于此。例如，动态心电采集设备持续采集用户的心电数据，这些持续采集的心电数据需要被记录并被上传给服务器，以使服务器端的医生或护士对这些心电数据进行分析和监测。持续采集的心电数据产生的数据量比较大，需要持续对采集数据进行累积存储并且进行批量读取和上传。
42.本发明实施例的低功耗便携式设备100非常适合与前述数据采集设备对接，并且提供心电数据、血压数据、血氧数据等的持续采集和上传。具体地，可将低功耗便携式设备100实施为智能手表、手环或专用的智能手机。在提供例如心电数据的数据服务时，可使作为低功耗便携式设备100(如智能手机或智能手表)的系统处理器的主处理器110在大多数时间处于睡眠状态，其被唤醒后可仅负责采集数据的上传，而专门用于持续的数据接收和存储的协处理器120在持续运行中功耗较低，由此，可大大地降低低功耗便携式设备100的功耗。例如，协处理器120可连续接收和存储采集数据5～15分钟，而主处理器110仅需要数秒钟即可完成采集数据的上传。如此，主处理器110有超过90％的时间处于待机睡眠状态，可实现低功耗便携式设备100的超低功耗运行。
43.此外，用于数据采集和上传的低功耗便携式设备100可通过对通用的便携式设备进行相对少的改造设计实现，而无需从头开始设计实现。具体地，目前市场上已有的便携式设备(包括可穿戴设备)具有系统处理器、至少一种通信模块(如wifi模块、移动通信模块和蓝牙模块)和存储器。从硬件设计上，可将该系统处理器作为低功耗便携式设备100的主处
理器110，将其中的wifi模块或移动通信模块作为前述第二通信模块170，采用低功耗蓝牙模块作为第一通信模块160。在此基础上，添加专门设计的嵌入式系统处理器作为协处理器120，在主处理器110和协处理器120之间分别添加交互接口140和唤醒接口150。从软件设计上，根据本发明的低功耗便携式设备100的数据采集和传输的功能和低功耗性能，对主处理器110的处理逻辑进行修改，对协处理器120的处理逻辑进行编程，对主处理器110和协处理器120之间的交互配合进行编程设计。通过利用已有的系统框架，可大大节省低功耗便携式设备100的设计工作量，并且降低设计的复杂度。
44.以下将参照图2详细描述用于低功耗便携式设备100的信息处理方法的处理。
45.图2是示出根据本发明实施例的用于低功耗便携式设备100的信息处理方法的流程图。该低功耗便携式设备100包括前述的主处理器110、协处理器120、片外存储器130、交互接口140、唤醒接口150、第一通信模块160和第二通信模块170。
46.低功耗便携式设备100在数据服务的运行过程中，主处理器110在睡眠状态和工作状态之间切换，而协处理器120在片外存储状态和片内缓存状态之间切换。具体地，当主处理器110处于睡眠状态时，协处理器120处于片外存储状态；当主处理器110处于工作状态时，协处理器120进入片内缓存状态。
47.参照图2，在初始阶段(完成开机启动或数据服务的初始化后)，主处理器110处于睡眠状态s210，而协处理器120处于片外存储状态s220。
48.其中，协处理器120在片外存储状态s220下，执行步骤s221～s225的处理。
49.在步骤s221，如果协处理器120先前已在片内存储器ram中缓存有采集数据，则协处理器120将已缓存在协处理器120的片内存储器ram中的采集数据存储在片外存储器130中；否则，直接执行步骤s222的处理。
50.在步骤s222，协处理器120持续将第一通信模块160从数据采集设备接收的采集数据进行处理，将经处理的采集数据存储在片外存储器130中。
51.在步骤s223，协处理器120确定已存储的采集数据是否已达到预定数据量。该预定数据量可对应于预定的采集时长，如3分钟、5分钟、8分钟、10分钟、15分钟等，即在预定的采集时长内接收并存储的采集数据的量。该采集时长可根据片内存储器ram的存储容量确定。
52.当在步骤s223，协处理器120确定存储的采集数据达到预定数据量时，执行步骤s225：协处理器120通过唤醒接口150唤醒主处理器110，并且进入片内缓存状态s230；否则，返回执行步骤s222的数据存储处理。其中，唤醒接口150可以是具备唤醒功能的gpio接口，协处理器120可通过向该gpio接口施加特定的电平信号，如高电平、低电平、上升沿或下降沿信号，唤醒主处理器110。
53.协处理器120在片内缓存状态s230下，执行步骤s231～s235的处理。
54.在步骤s231，协处理器120通过交互接口140将片外存储器130的起始读取地址和读取长度发送给主处理器110。
55.此后，在步骤s232，协处理器120持续地对第一通信模块160接收的采集数据进行处理，将经处理的采集数据缓存在其片内存储器ram中。
56.在步骤s233，协处理器120检测是否通过交互接口140接收到主处理器110发送的完成信号。
57.当在步骤s233，协处理器120通过交互接口140接收到主处理器110的完成信号时，
进入片外存储状态220；否则，返回执行步骤s232的处理。
58.另一方面，当主处理器110通过唤醒接口150被唤醒时，主处理器110进入工作状态s240。在工作状态s240下，主处理器110执行步骤s241～s245的处理。
59.在步骤s241，主处理器110通过交互接口140接收片外存储器130的起始读取地址和读取长度的信息。
60.在步骤s242，主处理器110从片外存储器130的起始读取地址读取所述读取长度的采集数据。
61.此后，在步骤s243，主处理器110通过第二通信模块170将读取的采集数据发送给远程的服务器。
62.当完成已读取的采集数据的发送时，执行步骤s245：通过交互接口140向协处理器120发送前述完成信号，并再次进入睡眠状态s210。
63.由于主处理器110多数时间处于睡眠状态，其被唤醒后发送协处理器120存储的采集数据仅需占用数秒钟(通常为1～2秒钟)的时间，因此可大大降低通常功耗较大的主处理器110乃至整个低功耗便携式设备100的功耗。
64.本技术实施例还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储有用于执行如上述信息处理方法对应的操作的可执行指令。
65.以上实施方式仅用于说明本发明实施例，而并非对本发明实施例的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明实施例的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明实施例的范畴，本发明实施例的专利保护范围应由权利要求限定。