智能手機：下一代嵌入式系統(tǒng)的界面

 

智能手機技術代表PDA與移動通信設備的融合，有望在計算技術無所不在時代的早期成為合適的用戶界面。
　　要 點
　　用現(xiàn)成的智能手機代替嵌入式設計的用戶界面，也許會明顯減輕開發(fā)工作。
　　為了用智能手機實現(xiàn)交互作用，設計師可以選擇短距離的藍牙和 802.11 網(wǎng)絡或者距離更長的移動通信網(wǎng)絡進行數(shù)據(jù)傳輸。
　　插入式 (Drop-in) Web 服務器或各種收發(fā)器模塊可為設備 OEM廠商們提供一種將嵌入式設備升級到以智能手機方式工作的簡便方法。

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　　借助綽綽有余的計算能力、內置的可編程圖形算法以及多種通信選件，智能手機為數(shù)量日漸增多的智能嵌入式設備提供了一種方便而能力強大的移動用戶界面。只要點擊幾下便攜式智能手機上的按鍵，便可將用戶直接連接到安全系統(tǒng)、工業(yè)控制器、接入控制系統(tǒng)、醫(yī)療設備、環(huán)境控制系統(tǒng)和家庭自動化系統(tǒng)，而且，智能手機甚至還可以代替大多數(shù)起居室中的各種遙控器。例如，生產主管也許可以在家中用智能手機接收直接從一臺出現(xiàn)故障的工廠自動化設備發(fā)出的電子郵件警報。他不必返回工作現(xiàn)場，就可在自己的智能手機上調出該設備的遙控面板，查詢操作參數(shù)，進行調整，或者激活自檢程序。利用同一部手機，他甚至可以連接并控制同一工廠中的其它系統(tǒng)。借助定制的應用軟件，智能手機還可以仿真很多專有產品的外觀和感覺，并提供模擬內置嵌入式硬件接口的用戶感受。
　　一種流行的計算界面的最終目標是提供前后連貫而又透明的交互作用，以致用戶意識不到他們是在和電腦打交道。面部識別、虹膜識別、語音識別和指紋分析是幾種可用來毫不費力地識別用戶的技術。其它一些實驗性的用戶感測器（例如眼睛跟蹤、嘴唇閱讀和手部動作分析等）也可在將來為嵌入式產品提供非接觸的輸入形式。同樣，全球定位系統(tǒng)和視頻信號處理系統(tǒng)可以提供精確的定位信息。盡管這些技術中有些已經(jīng)可供使用，但是對于嵌入式系統(tǒng)而言，它們還不夠先進，而且現(xiàn)今的系統(tǒng)大多數(shù)仍然需要用用戶界面來輸入數(shù)據(jù)和顯示信息。
　　雖然嵌入式系統(tǒng)設計師能夠將內置式鍵盤/顯示器、專用無線接口終端或遠程聯(lián)網(wǎng)的 PC組合在一起，用作用戶界面，但是智能手機卻是一種值得考慮的能力強大的現(xiàn)成替代品。雖然性能和功能差別很大，但“智能手機”通常被定義為一種把手機功能、可編程信息管理功能和互聯(lián)網(wǎng)接入功能融合在一起的設備。英特爾公司移動平臺部副總裁兼總經(jīng)理Anand Chandrasekher說：“2003 年銷售了 5 億多部手機，而把應用處理器和通信功能融合在一起的智能手機市場是行業(yè)中的亮點，其綜合年增長率大約是 100%?！?BR>　　便攜式智能手機界面使用戶能立即訪問多種嵌入式設備，并使設計師能降低產品的成本、尺寸和復雜性。嵌入式系統(tǒng)和智能手機可依據(jù)其功能，通過紅外線或藍牙等短距離系統(tǒng)、中距離 802.11 網(wǎng)絡以及長距離移動通信系統(tǒng)來交換無線數(shù)據(jù)。此外，包含內置數(shù)據(jù)通信功能和定制的圖形算法的智能手機軟件還能予以遠程更新，以便修復程序錯誤，改變特性，或者加入新功能。借助互聯(lián)網(wǎng)連接，智能手機界面還可通過上網(wǎng)訪問遠程服務器，以便顯示大型的數(shù)據(jù)項，如用戶手冊、硬件原理圖、視頻培訓課程或者故障檢修信息。
　　單元網(wǎng)絡
　　大多數(shù)智能手機都靠 CDMA（碼分多址）或 GSM（全球移動通信系統(tǒng)）移動通信網(wǎng)絡來工作。在 CDMA網(wǎng)絡中，傳輸頻率由一個擴頻跳頻碼來確定，而且只有跟蹤同一組頻率的接收器才能檢測到。除了話音服務之外，大多數(shù)運營商還提供 速率為14.4kbps 的 CDMA 電路交換數(shù)據(jù)連接或高達 307kbps 的高速分組數(shù)據(jù)服務。GPRS（通用分組無線業(yè)務）是另一種分組交換服務，允許各種設備在全世界的 GSM 話音通信網(wǎng)絡上發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。GSM 使用 TDMA（時分多址）的一個變種，工作于 900MHz、1800MHz 或 1900MHz 頻段。GPRS 可提供高達 171kbps 的速率，視網(wǎng)絡可用性、信道編碼方案和終端功能而定。大多數(shù)移動通信技術都在向第三代演進，以便為高帶寬應用系統(tǒng)提高數(shù)據(jù)速率。
　　幾乎每一家手機制造商提供的智能手機都具有多種形狀系數(shù)，都可在所有的移動通信網(wǎng)絡上工作，并都采用多種多樣的操作系統(tǒng)。這種多樣性雖然能使用戶選擇其所需的性能，但卻會給嵌入式系統(tǒng)設計師帶來令人頭疼的集成難題。例如，市場上的智能手機配有 Symbian、Palm、Linux、Blackberry、Microsoft 和運行在多種處理器上的專有操作系統(tǒng)，而且這些操作系統(tǒng)的版本還在不斷變化。Gartner Research公司的分析師 Ben Wood 說：“領先的智能手機操作系統(tǒng)是 Symbian，它占 2004 年第 2 季度全球銷售量的近 4/5?！盬ood預測：“Symbian 仍將在一段時間內保持主導地位，不過與之競爭的操作系統(tǒng)開始出現(xiàn)增長勢頭。”雖然有些產品可以用來緩解這些問題，但每種操作系統(tǒng)都需要不同的軟件開發(fā)和維護工具。從企業(yè)信息技術的角度來看，智能手機就是需要進行軟件安裝、硬件維護和周期性更新的遠程電腦。為了簡化支持工作，很多機構都把智能手機用戶局限于一個公用通信公司，而且常常局限于一種手機型號。
　　為了充分利用智能手機界面，設計師必須把通信硬件和軟件集成到嵌入式設備中，并可能為手機開發(fā)移動應用軟件。最簡單的技術之一就是添加現(xiàn)成的 Web 服務器模塊，以便同時增加上網(wǎng)功能和設備管理功能。在這些小型 Web 服務器中，很多都是插入式電路板，它們在一端提供一個連接嵌入式產品的串行接口，在另一端提供一個以太網(wǎng)接口。Web 服務器包含所有聯(lián)網(wǎng)軟件，從而使設計師可以專注于嵌入式系統(tǒng)應用。NetMedia 公司的 1 平方英寸 SitePlayer 就是一種插入式 Web 服務器（圖 1）。用戶可以利用標準的創(chuàng)始工具來創(chuàng)建適用于智能手機的網(wǎng)頁，并通過互聯(lián)網(wǎng)把它們下載到 SitePlayer。一個 100 美元的開發(fā)工具包包括一塊配備 LED 和開關的主機板、一個溫度傳感器以及一個 SitePlayer 模塊。該工具包還包括取樣軟件和一個由圖形化按鈕、開關、LED及其它用戶界面工具組成的庫，用于輔助網(wǎng)頁開發(fā)。一個根據(jù)小型智能手機顯示器定制的交互Web網(wǎng)頁可使設計師在手機中無需特殊軟件的情況下創(chuàng)建一個嵌入式用戶界面。