智能手表软件架构设计文档初稿

📘 智能手表软件架构设计文档初稿

项目名称 ：Aurora Watch S1
版本号 ：v1.0
编写人 ：XXX（嵌入式软件架构师）
日期：2025年xx月xx日

一、文档目的

本文件旨在明确智能手表软件系统的架构设计，包括MCU固件、蓝牙通信、传感器处理、UI交互及与移动APP间的通信接口。文档为各模块开发、联调、测试提供统一的软件框架与接口规范。

二、系统总体架构

软件系统分为三大层级：

智能手表端（MCU）
蓝牙通信层（BLE）

手机端APP（iOS/Android）

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       手机端APP
      ┌────────────┐
      │ UI层        │
      │ 业务逻辑层   │
      │ 蓝牙通讯模块 │
      └────────────┘
             ▲
           BLE
             ▼
      ┌────────────┐
      │ MCU主控芯片 │
      │ RTOS系统    │
      │ 任务调度    │
      │ 应用服务层  │ ← 心率/运动/消息
      │ HAL驱动层   │ ← I2C/SPI/ADC
      │ BLE协议栈   │ ← 通知/同步
      └────────────┘

三、模块划分说明

1️⃣ MCU固件软件架构

软件层级	功能描述
应用服务层	实现运动监测、健康算法、消息推送、UI交互等模块
系统任务层	基于FreeRTOS，管理多任务、调度优先级、资源共享
驱动层 (HAL)	负责底层传感器/显示/触摸/按键/充电/电源管理等接口
协议栈层	蓝牙协议（BLE 5.0），支持Gatt Server/Client、OTA、Time Sync等

核心任务模块（RTOS）

任务名称	功能简述	优先级
UI任务	显示刷新/界面滑动	高
传感器任务	采集心率/血氧/加速度	中
通讯任务	BLE通信、数据同步	中
电源管理任务	睡眠模式、充电检测	中
日志任务	本地存储、日志管理	低

2️⃣ BLE通信架构

项目	内容
BLE角色	Peripheral（手表） + GATT Server
通信通道	Notify（状态推送）、Write（APP下发命令）、Read（读取配置）
OTA升级	支持DFU模式，基于BLE OTA协议
加密支持	支持AES128连接加密，配对绑定
常用服务	Battery、HeartRate、Device Info、Custom Service

3️⃣ APP端架构（Android/iOS）

模块	功能描述
蓝牙通信模块	扫描、连接、服务发现、数据读写、OTA升级
账户/云模块	登录注册、同步设置、云端健康数据同步
数据缓存	本地SQLite存储手表同步的数据
UI界面层	仪表盘、运动记录、健康报告、消息中心
通知中转	接收系统通知→转发给手表（通过BLE）

四、关键功能模块设计

🫀 1. 健康数据采集模块

传感器	驱动接口	功能	采样频率	数据存储周期
心率传感器	I2C	实时心率+动态HRV	1Hz~25Hz	每分钟采样一次
血氧传感器	I2C/SPI	静态SpO₂检测	每5分钟	本地保留1天
加速度计	I2C	步数/姿态/抬腕亮屏	25Hz	实时上传/本地同步

🔋 2. 电源管理模块

功能	实现方式
睡眠唤醒	RTC定时器 / 外部中断 / 抬腕触发
电量检测	ADC检测电池电压
充电状态	GPIO读取PMIC状态
电源模式	RUN / IDLE / DEEP SLEEP 模式切换

📲 3. 蓝牙数据交互流程（典型）

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手机端发起连接 →
手表响应连接请求 →
完成配对和加密 →
APP获取Gatt服务 →
APP写入命令如"开始测心率" →
手表执行采样，定时Notify数据 →
APP接收并显示或上传云端

五、开发与调试接口

类型	接口说明
UART调试口	串口输出日志、CLI命令交互
BLE日志输出	通过自定义BLE服务上传日志
OTA升级	支持BLE OTA + 本地USB升级
模拟数据注入	PC工具通过BLE注入模拟传感器数据

六、软件版本管理与发布

阶段	内容
Alpha	UI框架搭建，BLE通信验证
Beta	添加传感器处理、APP通信、健康算法
RC	UI稳定，通信协议冻结，开始系统测试
Release	正式发布，导入OTA版本控制

七、后续开发建议

增加支持多运动模式（跑步、骑行、游泳）
加入NFC支付/公交卡模拟模块
支持iOS/Android双平台自动适配
后续考虑支持蓝牙双模（Classic + BLE）

附录

BLE GATT服务定义表
MCU端任务调度图
OTA数据包结构说明
APP-手表命令交互协议表