1 Punkte von GN⁺ 2025-05-16 | 1 Kommentare | Auf WhatsApp teilen
  • Um 2025 eine brauchbare Smartwatch zu bauen, muss man zuerst das angestrebte Nutzungserlebnis festlegen und es dann innerhalb der Beschränkungen von MCU, Display, Akku und Software umsetzen
  • Die Chip-Auswahl ist nicht einfach ein Leistungsvergleich, sondern eine Produktdesign-Entscheidung, bei der Software-Kompatibilität, Stromverbrauch und Stückkosten gleichzeitig eine Rolle spielen
  • Beim Core 2 Duo setzte man auf den vertrauten Nordic nRF52840, um PebbleOS schnell zu portieren, aber das Core Time 2 brauchte wegen des größeren Farbdisplays mehr RAM und Rechenleistung
  • Die SiFli-Familie SF32LB52x bietet mehr als 512 KB SRAM, 16 MB PSRAM, Peripherie für MIP-Displays, rund 50 µA BLE-Verbindungsleistung, einen Preis von unter 2 Dollar und ein Open-Source-SDK
  • Im Core Time 2 soll der SF32LB52J zum Einsatz kommen, eine 1,8-V-Variante des SF32LB527; damit sollen bei Beibehaltung des Open-Source-PebbleOS die Anforderungen an Stromverbrauch, Kosten und Display erfüllt werden

Smartwatch-Design heißt, mit Beschränkungen zu arbeiten

  • Eine Smartwatch lässt sich grob in drei Teile aufteilen
    • die eigentliche Uhr, also die Watch-Hardware
    • die Watch-Software, meist Firmware oder Betriebssystem genannt
    • die iOS- und Android-Companion-App für Mobilgeräte, die Benachrichtigungen überträgt, Watchfaces herunterlädt usw.
  • Smartwatches sind keine Geräte nach dem Prinzip „eine Form passt für alle“, und die Open-Source-Freigabe von PebbleOS soll hoffentlich dazu führen, dass Menschen Smartwatches für ihre jeweils eigenen Bedürfnisse bauen
  • Das Design von Consumer-Elektronik ist ein Prozess, bei dem man zuerst das Zielerlebnis festlegt und dieses dann in umsetzbare Spezifikationen und Komponenten herunterbricht
    • Beispiel: „eine Smartwatch, die immer eingeschaltet ist, sich in der Sonne ablesen lässt und 30 Tage durchhält“
    • Beispiel für Spezifikationen: e-paper-Display, Bluetooth LE, Wasserdichtigkeit, Verkaufspreis von 150 Dollar
    • Beispiel für Komponenten: Sharp Memory LCD, 150-mAh-Lithium-Polymer-Akku, FreeRTOS

Die fünf Systeme der Watch-Hardware

  • Die Watch-Hardware lässt sich in fünf Kernsysteme gliedern
    • den Mikrocontroller-Chip, der meist auch das Bluetooth-Funkmodul enthält
    • das Display
    • Sensoren und Ausgabegeräte wie Taster, Touch, Mikrofon, Beschleunigungsmesser und Lautsprecher
    • sonstige elektronische Bauteile wie Chips, passive Bauelemente, PCB und Akku
    • die mechanische Konstruktion mit Gehäuse, Glas, Tasten, Armband und Ladekabel
  • Bei den letzten drei Systemen — also Sensoren, Akku, Armband, Gehäuse, Mikrofon usw. — gibt es heute in vielen Preisklassen gute Optionen, deshalb sind sie vergleichsweise leicht auszuwählen
  • Die schwierigsten Komponentenentscheidungen beim Smartwatch-Design betreffen die Wahl von MCU/Bluetooth-Funkmodul und Display

MCU- und Bluetooth-Beschränkungen in der Pebble-Ära

  • In der ersten Pebble-Ära kam eine STM32F2 MCU zum Einsatz
    • Das Produkt vor Pebble, inPulse, nutzte einen LPC2103 mit 8 KB RAM
    • Frühere Pebble-MCUs lagen bei 64 bis 144 MHz und 128 bis 256 KB RAM
  • Damals war das Bluetooth-Funkmodul noch nicht in die MCU integriert, daher musste zusätzlich ein separater Chip wie der TI CC2564 verbaut werden
  • Die MCU ist der Kernchip einer Smartwatch: ein kleiner integrierter Schaltkreis, der CPU, RAM, meist Flash-Speicher, Ein-/Ausgabe-Peripherie und manchmal sogar Funk in einem Baustein vereint

Warum die MCU-Auswahl das gesamte Produkt beeinflusst

  • Die MCU steht im Zentrum der engsten Randbedingungen einer Smartwatch: Software-Kompatibilität, Stromverbrauch und Kosten
  • Embedded-Software ist stärker fragmentiert als Computer-Betriebssysteme und eng an Hardware-Anforderungen gebunden
    • Linux kann wegen geringerer Beschränkungen beim Speicherplatz auf der Festplatte mehr als 17.000 Gerätetreiber enthalten
    • PebbleOS war praktisch fest auf MCUs der STM-Familie zugeschnitten
  • Wechselt man zu einer MCU einer anderen Marke, müssen Peripherietreiber für I2C, SPI, DMA usw. neu geschrieben, ein anderes SDK übernommen und in manchen Fällen sogar das Build-System geändert werden
    • Solche Änderungen sind nicht besonders riskant, benötigen aber Implementierungs- und Testzeit
    • Manche MCUs unterstützen FreeRTOS nicht ohne Weiteres
  • Wenn man nicht Hunderttausende bis Millionen Geräte produziert, lassen sich die Kosten für Software-Engineering kaum auf hohe Stückzahlen verteilen, was die Gesamtkosten pro Uhr stark beeinflusst
  • Da eine Smartwatch rund um die Uhr per Bluetooth mit dem Smartphone verbunden sein muss, gehört der durchschnittliche Stromverbrauch im verbundenen Zustand zusammen mit dem Display zu den größten Verbrauchsfaktoren

Chip-Kandidaten für Core 2 Duo und Core Time 2

  • Für das Core 2 Duo fiel die Wahl auf den Nordic nRF52840
    • Er ist zwar ein älterer Chip, war aber bereits vertraut, und man ging davon aus, PebbleOS relativ schnell darauf portieren zu können
    • Anfangs war geplant, den Nordic-SoftDevice-BLE-Stack zu verwenden, später wechselte man jedoch zum Open-Source-BLE-Stack nimBLE
  • Für das Core Time 2 wurden mehr RAM und mehr Rechenleistung als beim nRF52840 benötigt
    • Das größere Farbdisplay verlangt mehr RAM
    • Außerdem wollte man Spielraum für neue Funktionen
  • Man hätte Nordic gern weiterverwendet, aber die Roadmap der BLE-MCUs passte nicht gut zu den Anforderungen
    • Der nRF54L15 bietet nur 256 KB RAM und ist erst seit Kurzem in Massenproduktion, weshalb es noch nicht viele Praxiserfahrungen gibt
    • Die 54H-Serie mit 1 MB RAM kostet mit über 4 bis 5 Dollar etwa doppelt so viel, und eine Option mit 512 KB RAM gab es nicht
    • Das 64-Farben-MIP-Display des Core Time 2 erforderte eine spezielle Schnittstelle; das Pebble-Modell von 2015 nutzte dafür ein separates FPGA

Warum der SiFli SF32LB52J gewählt wurde

  • Es wurden verschiedene Kandidaten wie Apollo, BES und Dialog geprüft, aber es war schwer, einen Chip zu finden, der die Anforderungen genau erfüllt
  • Einer der größten Stolpersteine war das Fehlen eines Open-Source-SDK
    • Ein Chip von BES sah vielversprechend aus, aber SDK und Beispielcode waren nicht öffentlich und alles stand hinter einer NDA
    • Da PebbleOS Open Source sein muss, passte dieser Ansatz nicht
  • SiFli bietet Bluetooth-Chips an, die für den Einsatz als Hauptchip in Smartwatches entwickelt wurden
    • Sie werden bereits in zig Millionen Smartwatches von Marken wie Redmi, Oppo und Noise eingesetzt
    • Selbst der kleinste Chip, SF32LB52x, bietet mehr als 512 KB SRAM und 16 MB PSRAM
    • Er verfügt über dedizierte MIP-Peripherie, sodass weder ein separates FPGA noch teure spezialisierte Display-Interface-Chips wie von Epson nötig sind
    • Der Stromverbrauch bei aktiver BLE-Verbindung liegt bei rund 50 µA, der Preis bei unter 2 Dollar
    • Falls nötig, könnte man auch auf andere SiFli-Chips mit 1 bis 2 MB SRAM wechseln
  • Das SiFli-SDK ist als Open Source unter OpenSiFli auf GitHub verfügbar, und SiFli hat zudem Unterstützung beim Portieren von PebbleOS angeboten
  • Im Core Time 2 soll der SF32LB52J verwendet werden, eine 1,8-V-Variante des SF32LB527

Verwandte SiFli-Links

1 Kommentare

 
GN⁺ 2025-05-16
Hacker-News-Kommentare
  • PebbleOS ist nicht das Einzige in diesem Bereich; es gibt auch https://www.espruino.com/, das https://banglejs.com/ antreibt
    Es ist eine winzige JavaScript-Implementierung für Mikrocontroller und macht es leicht, Geräte in Echtzeit zu hacken
    Es scheint auch im Fallout Pip-Boy und in anderen Produkten von The Wand Company verwendet zu werden: https://www.thewandcompany.com/fallout-pip-boy/
    Siehe auch: https://github.com/orgs/espruino/discussions/7577

    • Von Bangle.js hatte ich noch nie gehört, aber mir gefällt die Idee, mit einer Sprache daran herumspielen zu können, die man schon kennt
      Da ich das eckige Design nicht mag, würde ich gern das Modell der ersten Generation kaufen, aber das scheint nicht mehr erhältlich zu sein
    • Es ist gut, auch auf die gute Arbeit weniger bekannter Konkurrenten hinzuweisen
      Pebble ist großartig, aber auch solche Projekte verdienen Aufmerksamkeit
      Und wenn sich die Gelegenheit bietet, lohnt sich auch Amazons Fallout-Serie
    • PineTime ist ebenfalls einen Blick wert
  • Es hieß zwar, das „SDK sei Open Source“, aber damit ist offenbar nicht gemeint, dass es für den BLE-Mikrocontroller ein Open-Source-Code-SDK gibt
    Soweit ersichtlich, wird der BLE-Code als Binary Blob bereitgestellt
    https://github.com/OpenSiFli/SiFli-SDK/tree/6c82a9b15db49871...
    Das ist an sich kein Problem, aber wenn man es „Open Source“ nennt, wäre es schön, den Quellcode lesen zu können

    • Die Firmware für BLE-Funkgeräte wird wegen Fragen rund um geistiges Eigentum und Regulierung wahrscheinlich immer als Binary Blob bereitgestellt werden
  • Diese Smartwatch ist nach heutigen Maßstäben nicht besonders smart
    Ich würde wohl viele Komfortfunktionen meiner aktuellen Smartwatch vermissen, etwa NFC-Zahlungen, Dual-Band-GPS-Tracking und 4G-LTE-Konnektivität
    Pebble und rePebble setzen stattdessen auf eine wochenlange Akkulaufzeit, aber wegen der kleinen Unannehmlichkeit, meine Galaxy Watch alle zwei Tage zu laden, möchte ich nicht auf solche starken Funktionen verzichten

    • Umgekehrt sind mir solche Funktionen völlig egal, während lange Akkulaufzeit wichtig ist
      Es ist gut, dass es Geräte für unterschiedliche Nutzer gibt
      Nur weil die Zielgruppe eine andere ist, ist sie nicht „nicht smart“, sondern einfach ein Gerät, das nicht zu meinem Einsatzzweck passt
    • Für mich ist sie smart genug
      Ich brauche diese Funktionen kaum; eine Uhr, die sich etwas anpassen lässt, Benachrichtigungen empfängt und eine einfache Herzfrequenzmessung bietet, reicht mir
      Wenn ich sie mehr als einmal pro Woche laden müsste, würde ich sie vermutlich nicht tragen
    • Was dabei fehlt: Garmin bietet bereits die meisten dieser Funktionen und noch mehr, und das bei wochenlanger Akkulaufzeit
      4G gibt es zwar noch nicht, aber meines Wissens gab es Berichte, dass es in den Geräten des nächsten Jahres enthalten sein soll
    • GPS würde mir auch fehlen, aber ich habe immer noch kein Produkt gefunden, das die von Pebble hinterlassene Lücke wirklich füllt
      Bei Garmin gibt es andere Kompromisse, etwa bei Akku, Widgets, Kalender und Display-Ablesbarkeit
      Am Ende ist alles ein Trade-off
    • Schon allein wegen der Akkulaufzeit sehe ich das nicht so
  • Weitere Informationen zum Chip gibt es hier:
    https://www.cnx-software.com/2025/05/14/sifli-sf32lb52j-big-...

  • Interessant, dass sie sich nicht für ein Zwei-Chip-Design entschieden haben, mit einem Chip für die Hauptanwendung und einem für BLE
    Hochleistungs-Mikrocontroller haben normalerweise kein RF, daher kann so ein Design manchmal sinnvoll sein

    • Heutige „High-End“-Mikrocontroller sind ziemlich gut
      Es gibt die NRF-Reihe, und auch Produkte wie den ESP32, die Bluetooth und Wi-Fi in einem Package vereinen
      Persönlich würde ich derzeit eher zum ESP32 tendieren; er wird stetig gut weiterentwickelt und die Community-Unterstützung ist gut
      Ich entwickle gerade eine MicroPython-basierte Smartwatch-Plattform
    • Je mehr Chips, desto komplexer wird das Projekt
      Nicht nur die Stückliste ist ein Problem: Jeder Chip braucht zusätzliche passive Bauteile und einen Oszillator, die Kommunikation zwischen den Chips muss koordiniert werden, und auch Firmware-Updates sowie Debugging-Zugänge müssen für beide Seiten entworfen werden
      Es kann besser sein, es einfacher zu halten, selbst wenn man dafür etwas Akkulaufzeit opfert
    • Der Cortex-M33-Core des SiFli-Chips dürfte deutlich schneller sein als der M4-Core im schnellsten jemals veröffentlichten Pebble-Modell, daher braucht man keinen noch schnelleren Mikrocontroller
      Mehr Akkulaufzeit ist dagegen sehr willkommen, und der Einsatz eines integrierten Bluetooth-Mikrocontrollers scheint ein wichtiger Grund dafür zu sein, dass sich die Akkulaufzeit von etwa einer Woche auf etwa einen Monat verbessert hat
    • Es ist einfach nur eine Uhr
      Für Dinge wie Zeitanzeige, Herzfrequenzaufzeichnung und das Senden eines Signals an AWS braucht man keinen vollwertigen UNIX-Computer
  • Es ist erfreulich, dass in der Low-Power-Chip-Branche endlich Versuche in Richtung Open Source zu sehen sind
    Ich habe mich sofort nach der Ankündigung von rePebble angemeldet, aber später wurde mir klar, dass ich eigentlich keine Smartwatch will, sondern eine schlichte Uhr mit Vibrationsbenachrichtigung
    Ich weiß, dass das ein Minderheitengeschmack ist, aber es ist eine Nische mit ziemlich engagierten Leuten [0] [1] [2]
    Nachdem ich in den letzten zwei Jahren eine Casio F105 getragen habe, fällt es mir schwer, zu etwas Größerem, Schwererem oder Dickerem zurückzukehren
    Wenn ein wenig Bluetooth-Funktionalität dazukäme, wäre einmal pro Woche Laden für mich akzeptabel
    Zurzeit suche ich nach einem winzigen Bluetooth-Chip, der einen kleinen Vibrationsmotor ansteuern und alle iPhone-Benachrichtigungen empfangen kann
    Bei Tests habe ich gemerkt, dass man es kaum spürt, wenn man zwischen den beiden Armbandseiten der F105 einen Chip, einen Motor und einen kleinen Lithium-Akku anbringt und dadurch an dieser Stelle etwas Gewicht hinzukommt
    Ich erinnere mich auch noch an mein erstes Mi Band 1
    Das war ein heute vergessenes Fitnessband ohne Display, nur mit drei RGB-LEDs, und weil es je nach App, die eine Benachrichtigung schickte, eine bestimmte Farbe anzeigen konnte, wusste man sofort, dass man etwa auf einen blauen Messenger-Chat direkt antworten sollte, während man eine gelbe Google-Keep-Benachrichtigung ignorieren konnte, bis man wieder am Computer war
    [0] https://www.reddit.com/r/pebble/comments/9xw2j2/im_looking_f...
    [1] https://www.reddit.com/r/smartwatch/comments/174hq9x/need_a_...
    [2] https://tildes.net/~tech/18nf/smartwatch_primarily_for_notif...

    • Vielleicht etwas außerhalb des Rahmens, aber es gibt die W770 von Citizen
      Ich habe kürzlich ein gut erhaltenes gebrauchtes Exemplar für unter 200 Dollar gekauft; es ist ein ziemlich ordentlicher Chronograph und hat BLE, Alarme, einen Vibrationsmotor sowie ein etwas vernachlässigt wirkendes, seltsames Ökosystem für skriptbare Benachrichtigungen
      Als Uhr muss man das Handbuch komplett lesen, um die verschiedenen Bedienkonzepte zu verstehen, aber wenn man bedenkt, dass sie ohne Display alle Informationen nur über Zeiger darstellen muss, ist das nachvollziehbar
      Bei der Ersteinrichtung muss man eventuell die Zeiger synchronisieren, was mich anfangs ziemlich verwirrt hat
      Sie nutzt einen effizienten Solarantrieb mit Superkondensator, hält also selbst im Dunkeln monatelang durch, und wenn man sie trägt, muss man sich praktisch keine Gedanken um den Akku machen
      Der Superkondensator lässt sich austauschen, wenn er verschleißt, und nach Erfahrungen mit anderen Citizen-Uhren scheint er ungefähr 15 bis 20 Jahre zuverlässig zu halten
      Mir gefällt sie ziemlich gut, weil sie eine solide gebaute echte Uhr ist, und wenn man will, kann man sie tragen und vergessen; sie erledigt Jahr für Jahr ihren Job
      Es könnte auch andere Citizen-Optionen mit BLE geben
      Wenn jemand die Benachrichtigungen und das BLE-Kommunikationsprotokoll per Reverse Engineering entschlüsseln und eine Open-Source-Begleit-App bauen würde, ergäben sich für hacker-affine Leute wohl ziemlich spannende Möglichkeiten
    • Ich benutze immer noch die OG Pebble, und auch wenn ich mich freue, dass sie zurückkommt, habe ich keine Upgrade-Pläne
      Meine Anforderungen sind ebenfalls schlicht
      Ich brauche Vibrationsalarme, Benachrichtigungen und vor allem ein Display, das auch in grellem Sonnenlicht lesbar und für weitsichtige Augen angenehm ist
      Das eInk-Display der OG Pebble passt genau
      Es ist auch praktisch, SMS lesen zu können, ohne das Handy herauszuholen
      Außerdem bekommt man sie bei eBay für etwa 30 Dollar, und ein neuer Akku kostet rund 15 Dollar, also hält sich die Belastung in Grenzen
      Auch die Arbeit der Rebble.io-Community funktioniert für meine Zwecke noch ausreichend gut
    • Zustimmung
      Ich war auf der Suche nach einem „smarten“ Armband oder einer Schließe für eine Vintage-Seiko-Uhr
      Es würde reichen, wenn bei ganz bestimmten Ereignissen auf dem Handy, zum Beispiel wenn meine Frau anruft, eine Vibrationsbenachrichtigung kommt
      All die Funktionen oder der Bildschirm einer normalen Smartwatch sind nicht nötig und viel zu ablenkend
    • Gleiche Situation
      Die UX der Apple Watch ist furchtbar
      Ein 1-cm-Fingerende auf einem 2-cm-Display – sie versucht viel zu viel zu tun, und es ist auch nicht mein Geschmack
      Die Pebble sorgt dafür, dass man auch dann SMS- oder Anrufbenachrichtigungen bekommt, wenn man vom Handy getrennt ist, und genug sehen kann, um zu entscheiden, ob man reagieren will
      Die Pebble ist ziemlich leicht, und mit diesem Watchface fühlt sie sich vertraut an:
      https://store-beta.rebble.io/app/52f0939b1ac7948708001fc9
    • Ich stimme zu, dass ich eine „schlichte Uhr mit Vibrationsbenachrichtigung“ will
      Benachrichtigungen sind meistens nicht zeitkritisch
      Vor ein paar Jahren habe ich gemerkt, dass mein Handy ständig mit ziemlich bedeutungslosen Benachrichtigungen klingelt und mir die Aufmerksamkeit raubt, also habe ich alle Benachrichtigungen ausgeschaltet
      Ich schaue nur alle paar Stunden nach und antworte dann auf eingegangene Nachrichten
      Eine normale Smartwatch ist für mich fast nutzlos, und Nachrichtenhinweise am Handgelenk sind eher eine große Fehlfunktion
      Praktisch fände ich aber, bequem Alarme einstellen zu können, die dann zur richtigen Zeit am Handgelenk vibrieren
      Hinweise wie „Geh jetzt los, wenn du den Bus bekommen willst“ oder „Mach jetzt Pause“ würden reichen
      Mehr brauche ich nicht, und schicke Sensoren brauche ich auch nicht
  • Ich habe angefangen, mit einem günstigen chinesischen Freqchip-SoC herumzuspielen:
    https://github.com/zoobab/FR801xH
    Auf Ali konnte man eine Smartwatch mit diesem Chip für 3 Euro kaufen

    • Wow, einige dieser Chips kosten bei einer Mindestbestellmenge von 3.000 Stück 2,6 Yuan, also 0,36 Dollar, und unterstützen Arm Cortex-M3 und BLE bis hin zu sig-mesh
      Das ist absurd billig
      Wie brauchbar ist das SDK?
    • Kannst du einen Link zu einer dieser Uhren geben?
      Ich habe zweimal kurz gesucht, konnte aber nichts finden
  • Guter Artikel, und es ist schön zu sehen, dass PebbleOS auf einigermaßen Open-Source-Hardware läuft
    Aber müssen wir uns auch 2025 noch linksbündige Blogs ansehen?
    Wide-Screens gibt es schon lange, und so wird das Lesen unnötig erschwert

  • „Die interessanteste und schwierigste Einschränkung ist eigentlich die Softwarekompatibilität“, hieß es, aber vermutlich ist das die Einschränkung, die sich am leichtesten umgehen lässt
    In der Liste würde ich sie eher weiter hinten einordnen

    • Es gibt zwei wichtige Gründe, warum Softwarekompatibilität bei diesem Produkt besonders wichtig ist
      Erstens ist das aktuelle Team deutlich kleiner als das frühere Pebble-Team, daher ist weniger Softwarearbeit umso besser
      Zweitens wurden Apps und Watchfaces für das ursprüngliche Pebble als kompilierte ARM-Binaries ausgeliefert; wenn man also einen Mikrocontroller mit einem völlig anderen Befehlssatz wählt, verliert man die Abwärtskompatibilität
      ESP32 fällt zum Beispiel in diese Kategorie, auch wenn er ohnehin keine gute Wahl gewesen wäre
    • Überhaupt nicht
      Wenn alles proprietär ist, stößt man auf viele Sackgassen
      Das ist etwas völlig anderes als bei Standard-PC-Hardware
  • Mir gefällt dieser Artikel
    nimBLE ist ein hervorragender Bluetooth-Stack und dürfte Core Devices künftig interessante Möglichkeiten eröffnen