项目概览

ZSWatch不是简单的DIY项目，而是一个真正可用的智能手表。从项目名称就能看出作者的野心——Zephyr Smart Watch，基于业界领先的Zephyr实时操作系统构建。

项目地址：https://github.com/jakkra/ZSWatch

官方网站：https://zswatch.dev/

Discord社区：https://discord.gg/8XfNBmDfbY

核心亮点

完全开源：硬件设计、软件代码、3D打印外壳全部开源
专业级硬件：nRF5340双核芯片 + 240×240圆形触摸屏
丰富传感器：IMU、环境传感器、气压计、磁力计等
智能互联：支持Android GadgetBridge和iOS原生通信
模块化设计：应用系统、表盘系统完全可定制

系统架构图

ZSWatch的整体设计：

ZSWatch——一个基于Zephyr RTOS的开源智能手表项目

从架构图可以看出，ZSWatch采用了分层设计：

硬件层：各种传感器和核心处理器
系统层：Zephyr RTOS提供实时调度和驱动支持
应用层：各种管理器负责不同功能模块
界面层：LVGL提供流畅的图形界面

硬件架构

核心处理器选择

ZSWatch采用了Nordic nRF5340（u-blox NORA-B10模块），这是一个超级明智的选择：

// 主要硬件规格
- 128MHz 双核ARM Cortex-M33处理器
- 512KB RAM + 1MB Flash
- 内置蓝牙5.2 + 30MHz SPI接口

显示系统

240×240像素的圆形IPS触摸屏，支持16位色彩，配合LVGL图形库实现流畅的用户界面。

传感器阵列

ZSWatch集成了丰富的传感器生态：

ZSWatch——一个基于Zephyr RTOS的开源智能手表项目

软件架构

系统初始化流程

让我们看看ZSWatch的启动过程，这展现了嵌入式系统设计的精髓：

static void run_init_work(struct k_work *item)
{
    // 1. 核心转储系统初始化
    zsw_coredump_init();
    
    // 2. 显示控制器初始化
    zsw_display_control_init();
    zsw_display_control_sleep_ctrl(true);
    
    // 3. 通知管理器
    zsw_notification_manager_init();
    
    // 4. 蓝牙通信启动
    enable_bluetooth();
    
    // 5. 传感器系统初始化
    zsw_imu_init();
    zsw_magnetometer_init();
    zsw_pressure_sensor_init();
    zsw_light_sensor_init();
    zsw_environment_sensor_init();
    
    // 6. UI控制器启动
    zsw_ui_controller_init();
    
    LOG_INF("ZSWatch application started");
}

这个初始化流程展现了分层架构的优势：从底层硬件到上层应用，每个模块职责清晰，便于维护和扩展。

事件驱动架构

ZSWatch采用Zephyr的ZBus消息总线实现组件间通信：

// 传感器数据发布
struct environment_event evt = {
    .temperature = temperature,
    .humidity = humidity,
    .pressure = pressure,
    .iaq = iaq
};
zbus_chan_pub(&environment_data_chan, &evt, K_MSEC(250));

这种设计让各个模块松耦合，新增功能时只需订阅相应的消息通道即可。

蓝牙通信

Android端：GadgetBridge集成

ZSWatch巧妙地伪装成GadgetBridge支持的设备，实现了与Android的无缝连接：

static void enable_bluetooth(void)
{
    int err = bt_enable(NULL);
    
    #ifdef CONFIG_SETTINGS
    settings_load();
    #endif
    
    if (err != 0) {
        LOG_ERR("Failed to enable Bluetooth, err: %d", err);
        return;
    }
    
    // 初始化通信协议
    __ASSERT_NO_MSG(ble_comm_init() == 0);
    bleAoaInit();  // AoA定位功能
    
    #ifdef CONFIG_BT_AMS_CLIENT
    ble_ams_init();  // Apple Media Service
    ble_cts_init();  // Current Time Service
    #endif
    
    #ifdef CONFIG_BT_ANCS_CLIENT
    ble_ancs_init(); // Apple Notification Center
    #endif
}

iOS端：原生协议支持

对于iOS设备，ZSWatch直接实现了苹果的标准协议：

ANCS（Apple Notification Center Service）：通知管理
AMS（Apple Media Service）：音乐控制

传感器融合

IMU数据处理

ZSWatch的IMU系统展现了嵌入式的魅力：

static void bmi270_trigger_handler(const struct device *dev, 
                                  const struct sensor_trigger *trig)
{
    zsw_imu_evt_t evt;
    
    switch ((int)trig->type) {
        case SENSOR_TRIG_SIG_MOTION: {
            evt.type = ZSW_IMU_EVT_TYPE_SIGNIFICANT_MOTION;
            break;
        }
        case SENSOR_TRIG_STEP: {
            struct sensor_value sensor_val;
            if (sensor_channel_get(bmi270, SENSOR_CHAN_STEPS, &sensor_val) == 0) {
                evt.type = ZSW_IMU_EVT_TYPE_STEP;
                evt.data.step.count = sensor_val.val1;
                LOG_DBG("Steps counted: %u", evt.data.step.count);
            }
            break;
        }
        case SENSOR_TRIG_WRIST_WAKE: {
            evt.type = ZSW_IMU_EVT_TYPE_WRIST_WAKEUP;
            break;
        }
    }
    
    // 发布传感器事件
    zbus_chan_pub(&accel_data_chan, &evt, K_MSEC(100));
}

这段代码实现了：

智能唤醒：抬腕自动点亮屏幕
步数统计：实时计步功能
运动检测：识别用户活动状态

环境传感器数据融合

static void zbus_periodic_slow_callback(const struct zbus_channel *chan)
{
    float temperature, pressure, humidity, iaq = -1.0;
    
    if (zsw_environment_sensor_get(&temperature, &humidity, &pressure)) {
        return;
    }
    
    // IAQ（室内空气质量）是可选功能
    zsw_environment_sensor_get_iaq(&iaq);
    
    struct environment_event evt = {
        .temperature = temperature,
        .humidity = humidity,
        .pressure = pressure,
        .iaq = iaq
    };
    
    zbus_chan_pub(&environment_data_chan, &evt, K_MSEC(250));
}

LVGL图形系统

ZSWatch基于LVGL构建用户界面，配置文件展现了性能优化的细节：

# LVGL核心配置
CONFIG_LVGL=y
CONFIG_LV_Z_FLUSH_THREAD=y
CONFIG_LV_Z_FLUSH_THREAD_PRIORITY=0

# 显示优化
CONFIG_LV_Z_DOUBLE_VDB=y
CONFIG_LV_Z_VDB_SIZE=10
CONFIG_LV_DEF_REFR_PERIOD=30

# 颜色深度与性能平衡
CONFIG_LV_COLOR_16_SWAP=y
CONFIG_LV_COLOR_DEPTH_16=y

应用管理系统

ZSWatch实现了类似智能手机的应用管理系统：

static void async_app_start(lv_timer_t *timer)
{
    application_t *app = (application_t *)timer->user_data;
    
    if (app && app->app_start_func) {
        LOG_DBG("Starting app: %s", app->name);
        
        // 启动应用
        app->app_start_func(root_obj, group_obj);
        current_app = app->private_list_index;
        
        // 清理应用选择器
        delete_application_picker();
    }
    
    lv_timer_del(timer);
    async_app_start_timer = NULL;
}