掌上電腦研制中的關(guān)鍵技術(shù)

掌上電腦（Palm Size PC）的前身是PDA（Personal Digital Assisant，個(gè)人數(shù)字助理），在我國(guó)，掌上電腦的研制受到了相當(dāng)?shù)闹匾?，?guó)家863計(jì)劃306主題專家組于1998年初設(shè)立了“手持計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成與產(chǎn)業(yè)化”重點(diǎn)項(xiàng)目。同年7月，聯(lián)想集團(tuán)推出了國(guó)內(nèi)第一臺(tái)基于WindowsCE操作系統(tǒng)的掌上電腦，彌補(bǔ)了國(guó)家空白。國(guó)內(nèi)目前已有聯(lián)想、海信、桑夏等多家公司在進(jìn)行掌上電腦的研制與生產(chǎn)，基本都可實(shí)現(xiàn)個(gè)人信息管理、手寫輸入、同上瀏覽、數(shù)據(jù)同步、實(shí)用工具等項(xiàng)功能，但與先進(jìn)產(chǎn)品比還有較大的差距。那么，在掌上電腦的研制中，有哪些值得重點(diǎn)關(guān)注和研究的問(wèn)題呢？筆者結(jié)合正在從事的掌上電腦開發(fā)項(xiàng)目對(duì)此做一介紹和探討。

掌上電腦所用CPU

用于掌上電腦的CPU，要求性能較高（用于手寫識(shí)別、上網(wǎng)瀏覽、多媒體播放等，但性能遠(yuǎn)不如臺(tái)式機(jī)）、高集成度、低功耗。常上電腦使用的是RISC處理器，這種處理器精簡(jiǎn)了指令，在同樣主頻下能執(zhí)行的指令比CISC芯片快得多，也更廉價(jià)。RISC結(jié)構(gòu)體系有兩大主流：Silicon Graphics公司的MIPS技術(shù)，ARM公司的Advanced RISC Machines技術(shù)。此外Hitachi公司也有自己的一套R(shí)ISC技術(shù)SuperH。為了充分縮小掌上電腦的尺寸，廠商還把少量存儲(chǔ)器和部分I/O端口也一并集成到芯片中。這些端口包括LCD控制器、SDRAM/ROM/Flash接口、觸摸屏控制器、A/D及D/A、串行口、USB、IrDA、CF卡控制器等。由于在CPU上集成了眾多的功能單元，為系統(tǒng)小型化設(shè)計(jì)帶來(lái)了很大的便利。現(xiàn)在，可用于掌上電腦的CPU有英特爾的StrongArm系列、摩托羅拉的DragonBall系列、日立的SH系列、日電的VR系列等（見表1），同時(shí)這些公司還提供相應(yīng)的演示板和整體解決方案。開發(fā)者選定一款合適的處理器芯片后，添加必要的外圍電路并配合相應(yīng)的外設(shè)，就可以非常方便地設(shè)計(jì)出各種掌上電腦產(chǎn)品。

表1 部分掌上電腦CPU廠家及型號(hào)

液晶顯示

LCD適用于低壓、微功耗電路，自然也在掌上電腦中得到了廣泛的應(yīng)用。掌上電腦采用的是圖形式LCD（區(qū)別于字段式LCD）。因?yàn)椴捎玫腖CD大小相差不大，我們主要關(guān)心兩個(gè)關(guān)鍵因素：分辨率和色彩。分辨率以像素?cái)?shù)據(jù)為標(biāo)準(zhǔn)，單色和彩色LCD的色彩分別以灰度數(shù)和顏色數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)。LCD還有一個(gè)很關(guān)鍵的參數(shù)就是對(duì)比度，這個(gè)值越高，中央電視臺(tái)顯示質(zhì)量就越好。中檔掌上電腦一般采用240×320分辨率、3.8英寸左右的CLD（Windows CE 規(guī)定掌上電腦的屏幕分辨率必須是240×320）。為減少耗電和提高分辨率，掌上電腦所用的LCD趨向于采用反射式液晶顯示和低溫多晶硅技術(shù)。夏普、愛普生、日電、三星等公司的液晶產(chǎn)品在常上電腦中使用較多?？傊糜谡粕想娔X的LCD要求低功耗、低成本、高分辨率、寬視角、高對(duì)比度。

電源及電源管理

作為便攜產(chǎn)品，掌上電腦的電源是一個(gè)值得重視的問(wèn)題。目前掌上電腦使用的是標(biāo)準(zhǔn)AAA電池或可充式電池。如Palm IIIe、Palm IIIxe、Palm VII和Palm VIIx均使用雙AAA電池，而Palm V和Palm IIIc使用可充電式鋰離子電池。一般來(lái)說(shuō)，高端的掌上電腦都使用充電電池。

除了從性價(jià)比和實(shí)際需要為掌上電腦選擇合適的電源外，系統(tǒng)同時(shí)還應(yīng)該具備完善的電源管理功能。一般掌上電腦所用的CPU都集成了電源管理模塊。因此設(shè)計(jì)掌上電腦時(shí)，在硬件上要采用具備休或等待狀態(tài)的低功耗元器件（主要是各種芯片），便于CPU的控制；在軟件上要配合硬件設(shè)計(jì)高效的電源管理程序，如自動(dòng)關(guān)機(jī)、自動(dòng)休眠、自動(dòng)調(diào)節(jié)背光等，從而有效延長(zhǎng)電源的使用壽命。

無(wú)線上網(wǎng)

絕大部分掌上電腦可以借助電話線或手機(jī)來(lái)上網(wǎng)，但并不方便。可以說(shuō)，如果沒(méi)有無(wú)線上網(wǎng)的功能，掌上電流和普通的PDA拉不開檔次，上網(wǎng)性能雙比不上筆記本電腦，將會(huì)處于十分尷尬的位置。伴隨移動(dòng)產(chǎn)品走向無(wú)線的趨勢(shì)，為掌上電流加上無(wú)線收發(fā)功能自然也成為開發(fā)者的重要目標(biāo)，也開辟了掌上電腦和手機(jī)的融合之路，較有代表性的有Palm公司的Palm VII、SAGEM公司的WA 3050、Motorola的A6188、Nokia的9210等。

在掌上電腦中集成無(wú)線收發(fā)模塊，其方案如圖1所示。用戶通過(guò)掌上電腦連接到GSM/CDMA移動(dòng)電話網(wǎng)，再接入到Internet上，真正實(shí)現(xiàn)帶有移動(dòng)通信功能的掌上電腦。根據(jù)掌上電腦所安裝的瀏覽器不同，可以瀏覽普通的網(wǎng)頁(yè)或經(jīng)過(guò)精簡(jiǎn)處理后的WAP網(wǎng)頁(yè)，但受限于當(dāng)前無(wú)線信道的數(shù)據(jù)傳輸率，應(yīng)該以后者為主。掌上電腦要求小型化、省電、高可靠性，所以無(wú)線模塊部分的芯片需采用專用集成電路。這里面還要考慮到電磁干擾的屏蔽和硬件電路的小型化?，F(xiàn)在一般的掌上電腦都具有錄放音的功能。加入了無(wú)線收發(fā)模塊后，我們就可以利用原有的音頻編解碼電路和無(wú)線模塊連接起來(lái)，提供類似手機(jī)的無(wú)線語(yǔ)音通信功能，撥號(hào)可以通過(guò)觸摸屏來(lái)完成。當(dāng)然，無(wú)線收發(fā)模塊也可以通過(guò)插卡或背板的形式擴(kuò)展到掌上電腦上?？紤]到技術(shù)綜合和入網(wǎng)許可的問(wèn)題，可以和手機(jī)生產(chǎn)商合作開發(fā)。

隨著無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展和3G時(shí)代的到來(lái)，無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸速率不斷提高，無(wú)穎將為掌上電腦無(wú)線收發(fā)創(chuàng)造了一個(gè)更好的環(huán)境。

輸入方式

掌上電腦輸入方式的好壞，直接影響到用戶對(duì)產(chǎn)品性能特別是易用性的評(píng)價(jià)。尤其在中國(guó)，漢字的使用更增加了解決掌上電腦輸入問(wèn)題的困難。

限于掌上電腦的體積，即使配備鍵盤也會(huì)因?yàn)樘《@得不實(shí)用，因此現(xiàn)在手寫輸入成為掌上電腦的主要輸入方式。硬件上，觸摸屏理所當(dāng)然成為掌上電腦的主要輸入設(shè)備。因?yàn)橐M(jìn)行手寫輸入，所以需要較高分辨率的觸摸屏。目前掌上電腦用的觸摸屏大多是模擬電阻式薄摸輸入，它的分辨率可達(dá)點(diǎn)距0.1毫米。因?yàn)殡娮枋接|摸屏是貼在LCD前面的，所以觸摸屏的質(zhì)量（主要是透射率）將直接影響到最終的顯示效果。另外，依觸摸屏表面的情形不同，有反光型和非反光型兩種。在同樣的LCD上貼不同的觸摸屏，反光型的要清晰一些。2000年，美國(guó)Synaptics(新思)公司已經(jīng)研制生產(chǎn)出新一代的電感式觸摸屏。工作原理是在觸摸筆中安裝LC諧振線圈，通過(guò)改變和安裝有激勵(lì)線圈及感應(yīng)線圈的觸摸屏之間的空間距離，使電磁場(chǎng)發(fā)生變化從而計(jì)算出觸點(diǎn)的位置。這樣輸入筆不必接觸屏幕，可以減少對(duì)屏幕的磨損，同時(shí)大大提高輸入的靈敏度。而且由于觸摸屏安裝在顯示屏的后面，也增加顯示的清晰度和亮度，減少背光的使用，進(jìn)而可以延長(zhǎng)電池的使用壽命。軟件方面、漢王、蒙恬、清華文通的產(chǎn)品在識(shí)別速度、準(zhǔn)確率和軟件大小上可以滿足掌上電腦的的要求。

掌上電腦另外一種很有發(fā)展?jié)摿Φ妮斎敕绞骄褪钦Z(yǔ)音輸入，由于不需要傳統(tǒng)的輸入器件，便得系統(tǒng)更小、更輕便。語(yǔ)音輸入的實(shí)現(xiàn)可以在掌上電腦處理器功能足夠強(qiáng)大時(shí)用相應(yīng)的軟件實(shí)現(xiàn)，也可以使用專用DSP芯片實(shí)現(xiàn)。前者對(duì)掌上電腦硬件配置的要求較高，如處理器的速度配置的要求較高，如處理器的速度和存儲(chǔ)器的容量等，可用軟件的典型代表是比利時(shí)LH公司的ASR系列，軟件大小在1M左右。后者則是通過(guò)芯片來(lái)完成語(yǔ)音識(shí)別輸入過(guò)程中的所有運(yùn)算工作，不會(huì)加重掌上電腦主CPU的負(fù)擔(dān)?，F(xiàn)在掌上電腦使用語(yǔ)音輸入遇到的最大困難是可識(shí)別的單詞太少（受限于存儲(chǔ)的詞庫(kù)大小），雖然能通過(guò)聲音命令來(lái)控制掌上電腦，但還不能音命令來(lái)控制掌上電腦，但還不能讓用戶隨心所欲地口述輸入內(nèi)容并將其識(shí)別成文本。嚴(yán)格來(lái)講，這只能算是語(yǔ)音控制，還不是真正意心上的語(yǔ)音輸入。因此現(xiàn)階段語(yǔ)音輸入還取代不了手寫輸入和虛擬鍵盤輸入，但毫無(wú)穎問(wèn)是一個(gè)重要的發(fā)展方向。

藍(lán)牙技術(shù)

藍(lán)牙是一項(xiàng)新型的短距離無(wú)線接入技術(shù)，1994年由Ericsson公司首先提出，1998年聯(lián)合Nokia、Motorola、東芝、Intel、IBM等公司組成藍(lán)牙特別興趣小組（SIG），推出了統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)在已成為無(wú)線個(gè)人局域網(wǎng)（PAN）的標(biāo)準(zhǔn)之一。藍(lán)牙技術(shù)具有產(chǎn)品體積小、低功耗、輻射低、穿透性強(qiáng)、速率高、可實(shí)現(xiàn)1對(duì)7的多點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)葍?yōu)勢(shì)，極有可能取代紅外線技術(shù)，成為各種數(shù)字設(shè)備之間進(jìn)行短距離數(shù)字化語(yǔ)音和數(shù)據(jù)交換的主要方式。

現(xiàn)在市場(chǎng)上已經(jīng)出現(xiàn)了藍(lán)牙耳式產(chǎn)品。隨著藍(lán)牙應(yīng)用領(lǐng)域的日益廣泛和帶藍(lán)牙模塊產(chǎn)品的日益增多，掌上電腦“長(zhǎng)出”藍(lán)牙也是大勢(shì)所趨。Ericsson、Philips、Lucent等眾多公司都推出了藍(lán)牙芯片。

當(dāng)藍(lán)牙技術(shù)在家用電器、數(shù)字設(shè)備中普及后，掌上電腦也許將成為家庭自動(dòng)化和辦公自動(dòng)化的控制中心。

GPS定位導(dǎo)航

GPS（Global Positioning System）即全球定位系統(tǒng)，是美國(guó)頒布使用的一種多衛(wèi)星系統(tǒng)，通過(guò)接收來(lái)自GPS衛(wèi)星的信號(hào)來(lái)確定地面或近地面任何位置的移動(dòng)接收機(jī)的位置。GPS與掌上電腦的結(jié)合，可構(gòu)成帶有隨身定位功能的掌上電腦，尤其適合商旅人士和軍警人員。

目前，由于GPS技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，各廠家生產(chǎn)的GPS信號(hào)處理的功能模塊也比比皆是，主要廠家有：ST、Motorola、Philips等，選用時(shí)要滿足掌上電腦體積與功耗的要求。

結(jié)束語(yǔ)

在掌上電腦的開發(fā)過(guò)程中，一定要針對(duì)用戶的需要，以高性價(jià)比為目標(biāo)來(lái)進(jìn)行軟硬件協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)。除了一些常用的功能和為特定人群開發(fā)的掌上電腦專用功能，在大多數(shù)情況下，很多功能并不一定要集成到掌上電腦中，制成選裝功能附件反而可以給用戶更大的選擇空間和升級(jí)余地，也使得產(chǎn)品更有競(jìng)爭(zhēng)力。