【极客DIY限时挑战 — 11月挑战任务一】：制作可穿戴运动设备（基于最小FPGA系统）

任务描述：挑战者需基于FPGA最小系统Cmod A7，在为期四周的时间内制作一个可穿戴运动设备，实现记录GPS位置数据，实时计算移动距离和平均速度，并通过蓝牙模块将数据发送到手机上的功能。

项目介绍：

近几年，可穿戴智能装备正从科幻片走向现实。通过可穿戴装备可以检测每天的运动量，记录运动数据等。我们熟悉的可穿戴运动设备包括Fitbit、小米手环等。本次挑战中，我们将使用FPGA最小系统Cmod来DIY一个可穿戴运动设备。Cmod体积小而功能强大，共有52个数字接口和两个模拟输入，可以外接各种传感器来监测运动数据，比如PmodGPS、PmodACL加速度传感器等，还可以开发扩展功能，如通过模拟输入监测心跳等。

项目完成度：实现对运动的完整监测：运动距离，最大/平均运动速度，运动时间，时间日期，随时可以通过蓝牙获取及时运动信息。

项目创新点：实现了基于MicroBlaze的软核嵌入式系统设计，摆脱了使用纯逻辑代码的不方便，并且外挂了512KB的SRAM，足以应对大量的数据处理和保存。

项目展望  ：仅仅使用了8个数据IO口，保留了大量的外部接口做外部扩展。如果时间充裕的话，接下来可以加载一个Pmod_OLED做运动时的实时显示；再加上Pmod_ACL可以做精确的计步分析。由于Microblaze的灵活性和FPGA与生俱来的并行特性，做复杂的穿戴设备比基于MCU方案的要有很大优势！

DIY动手指南

Step1:材料准备

                1.CMOD A7-35T开发板

                2.Pmod GPS模块

                3.Pmod BT2蓝牙模块

软件平台：VIVADO 2015.2   SDK 2015.2

STEP2: 系统设计框图

由于本项目要计算平均速度、运动距离，和不断传输各种蓝牙数据，纯逻辑代码设计十分繁琐，本设计采用基于MicroBlaze的设计。

由于在软核内编写了大量的驱动和信号处理代码，FPGA芯片内部RAM不够，本人使用了SRAM作为Microblaze的Memory。

对于GPS信号截取到的经纬度信息，本人采用Google地图距离算法，实现两个位置之间距离的计算。同时抛弃GPS内的时间信息，采用自添加的AXI timer作为时间的准确计时。

手机端使用蓝牙调试助手，可以显示 穿戴设备传出的各种信息，留串口给PC做Debug用。

Step3:系统功能设置

实物图和手机端界面如上图所示：

    实物图中，左侧边为GPS模块，右侧边为蓝牙模块，中间是迷你FPGA开发板CMOD A7,底座是三节干电池组成的电池仓负责供电。

    手机端界面：预先安装“蓝牙调试助手pro”，使用键盘模式。功能就如按钮所示，简单实用。“运动开始”键按下发送‘1’,"运动结束"键按下发送‘0’。具体发送的消息由下面演示。

Step4：程序设计

本设计程序设计分为两步，一是 基于VIVADO的硬件驱动和软核环境搭建，二是基于 SDK 的C算法设计。

下面给出两者大概框图。

具体如何从VIVADO到SDK的过程不多赘述，网上资料很多。

http://xilinx.eetrend.com/blog/10459  之前写的一博文篇有详细描述。

Step5：硬件连接

JA输出口 1~6 IO口接Pmod蓝牙模块的1~6IO口，JP1~4跳线帽接口都不接，默认115200bps传输速率。7~12 IO接Pmod GPS的1~6 IO口 ，这样可以方便解决一个Pmod 口无法插2个模块的困难了。

同时，外接电源时 24 => VCC ，25=>GND。

Step6：可穿戴设备性能测试 兼功能说明书

首先，明确下只有在开阔地，旁边无高频设备干扰的情况下 才可以正常接收到GPS信息。

这是我的测试场地，11/24日晚上8点，地点Soochow大学电子楼。

我们点击手机端的“开始运动”。