智能手機(jī)：下一代嵌入式系統(tǒng)的界面

 

智能手機(jī)技術(shù)代表PDA與移動(dòng)通信設(shè)備的融合，有望在計(jì)算技術(shù)無所不在時(shí)代的早期成為合適的用戶界面。
　　要 點(diǎn)
　　用現(xiàn)成的智能手機(jī)代替嵌入式設(shè)計(jì)的用戶界面，也許會(huì)明顯減輕開發(fā)工作。
　　為了用智能手機(jī)實(shí)現(xiàn)交互作用，設(shè)計(jì)師可以選擇短距離的藍(lán)牙和 802.11 網(wǎng)絡(luò)或者距離更長(zhǎng)的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
　　插入式 (Drop-in) Web 服務(wù)器或各種收發(fā)器模塊可為設(shè)備 OEM廠商們提供一種將嵌入式設(shè)備升級(jí)到以智能手機(jī)方式工作的簡(jiǎn)便方法。

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　　借助綽綽有余的計(jì)算能力、內(nèi)置的可編程圖形算法以及多種通信選件，智能手機(jī)為數(shù)量日漸增多的智能嵌入式設(shè)備提供了一種方便而能力強(qiáng)大的移動(dòng)用戶界面。只要點(diǎn)擊幾下便攜式智能手機(jī)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(shè)備、環(huán)境控制系統(tǒng)和家庭自動(dòng)化系統(tǒng)，而且，智能手機(jī)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(chǎn)主管也許可以在家中用智能手機(jī)接收直接從一臺(tái)出現(xiàn)故障的工廠自動(dòng)化設(shè)備發(fā)出的電子郵件警報(bào)。他不必返回工作現(xiàn)場(chǎng)，就可在自己的智能手機(jī)上調(diào)出該設(shè)備的遙控面板，查詢操作參數(shù)，進(jìn)行調(diào)整，或者激活自檢程序。利用同一部手機(jī)，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(yīng)用軟件，智能手機(jī)還可以仿真很多專有產(chǎn)品的外觀和感覺，并提供模擬內(nèi)置嵌入式硬件接口的用戶感受。
　　一種流行的計(jì)算界面的最終目標(biāo)是提供前后連貫而又透明的交互作用，以致用戶意識(shí)不到他們是在和電腦打交道。面部識(shí)別、虹膜識(shí)別、語(yǔ)音識(shí)別和指紋分析是幾種可用來毫不費(fèi)力地識(shí)別用戶的技術(shù)。其它一些實(shí)驗(yàn)性的用戶感測(cè)器（例如眼睛跟蹤、嘴唇閱讀和手部動(dòng)作分析等）也可在將來為嵌入式產(chǎn)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(hào)處理系統(tǒng)可以提供精確的定位信息。盡管這些技術(shù)中有些已經(jīng)可供使用，但是對(duì)于嵌入式系統(tǒng)而言，它們還不夠先進(jìn)，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(shè)計(jì)師能夠?qū)?nèi)置式鍵盤/顯示器、專用無線接口終端或遠(yuǎn)程聯(lián)網(wǎng)的 PC組合在一起，用作用戶界面，但是智能手機(jī)卻是一種值得考慮的能力強(qiáng)大的現(xiàn)成替代品。雖然性能和功能差別很大，但“智能手機(jī)”通常被定義為一種把手機(jī)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(shè)備。英特爾公司移動(dòng)平臺(tái)部副總裁兼總經(jīng)理Anand Chandrasekher說：“2003 年銷售了 5 億多部手機(jī)，而把應(yīng)用處理器和通信功能融合在一起的智能手機(jī)市場(chǎng)是行業(yè)中的亮點(diǎn)，其綜合年增長(zhǎng)率大約是 100%?！?BR>　　便攜式智能手機(jī)界面使用戶能立即訪問多種嵌入式設(shè)備，并使設(shè)計(jì)師能降低產(chǎn)品的成本、尺寸和復(fù)雜性。嵌入式系統(tǒng)和智能手機(jī)可依據(jù)其功能，通過紅外線或藍(lán)牙等短距離系統(tǒng)、中距離 802.11 網(wǎng)絡(luò)以及長(zhǎng)距離移動(dòng)通信系統(tǒng)來交換無線數(shù)據(jù)。此外，包含內(nèi)置數(shù)據(jù)通信功能和定制的圖形算法的智能手機(jī)軟件還能予以遠(yuǎn)程更新，以便修復(fù)程序錯(cuò)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(jī)界面還可通過上網(wǎng)訪問遠(yuǎn)程服務(wù)器，以便顯示大型的數(shù)據(jù)項(xiàng)，如用戶手冊(cè)、硬件原理圖、視頻培訓(xùn)課程或者故障檢修信息。
　　單元網(wǎng)絡(luò)
　　大多數(shù)智能手機(jī)都靠 CDMA（碼分多址）或 GSM（全球移動(dòng)通信系統(tǒng)）移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)來工作。在 CDMA網(wǎng)絡(luò)中，傳輸頻率由一個(gè)擴(kuò)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(cè)到。除了話音服務(wù)之外，大多數(shù)運(yùn)營(yíng)商還提供 速率為14.4kbps 的 CDMA 電路交換數(shù)據(jù)連接或高達(dá) 307kbps 的高速分組數(shù)據(jù)服務(wù)。GPRS（通用分組無線業(yè)務(wù)）是另一種分組交換服務(wù)，允許各種設(shè)備在全世界的 GSM 話音通信網(wǎng)絡(luò)上發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。GSM 使用 TDMA（時(shí)分多址）的一個(gè)變種，工作于 900MHz、1800MHz 或 1900MHz 頻段。GPRS 可提供高達(dá) 171kbps 的速率，視網(wǎng)絡(luò)可用性、信道編碼方案和終端功能而定。大多數(shù)移動(dòng)通信技術(shù)都在向第三代演進(jìn)，以便為高帶寬應(yīng)用系統(tǒng)提高數(shù)據(jù)速率。
　　幾乎每一家手機(jī)制造商提供的智能手機(jī)都具有多種形狀系數(shù)，都可在所有的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)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(huì)給嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)師帶來令人頭疼的集成難題。例如，市場(chǎng)上的智能手機(jī)配有 Symbian、Palm、Linux、Blackberry、Microsoft 和運(yùn)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(lǐng)先的智能手機(jī)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(yù)測(cè)：“Symbian 仍將在一段時(shí)間內(nèi)保持主導(dǎo)地位，不過與之競(jìng)爭(zhēng)的操作系統(tǒng)開始出現(xiàn)增長(zhǎng)勢(shì)頭。”雖然有些產(chǎn)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(hù)工具。從企業(yè)信息技術(shù)的角度來看，智能手機(jī)就是需要進(jìn)行軟件安裝、硬件維護(hù)和周期性更新的遠(yuǎn)程電腦。為了簡(jiǎn)化支持工作，很多機(jī)構(gòu)都把智能手機(jī)用戶局限于一個(gè)公用通信公司，而且常常局限于一種手機(jī)型號(hào)。
　　為了充分利用智能手機(jī)界面，設(shè)計(jì)師必須把通信硬件和軟件集成到嵌入式設(shè)備中，并可能為手機(jī)開發(fā)移動(dòng)應(yīng)用軟件。最簡(jiǎn)單的技術(shù)之一就是添加現(xiàn)成的 Web 服務(wù)器模塊，以便同時(shí)增加上網(wǎng)功能和設(shè)備管理功能。在這些小型 Web 服務(wù)器中，很多都是插入式電路板，它們?cè)谝欢颂峁┮粋€(gè)連接嵌入式產(chǎn)品的串行接口，在另一端提供一個(gè)以太網(wǎng)接口。Web 服務(wù)器包含所有聯(lián)網(wǎng)軟件，從而使設(shè)計(jì)師可以專注于嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用。NetMedia 公司的 1 平方英寸 SitePlayer 就是一種插入式 Web 服務(wù)器（圖 1）。用戶可以利用標(biāo)準(zhǔn)的創(chuàng)始工具來創(chuàng)建適用于智能手機(jī)的網(wǎng)頁(yè)，并通過互聯(lián)網(wǎng)把它們下載到 SitePlayer。一個(gè) 100 美元的開發(fā)工具包包括一塊配備 LED 和開關(guān)的主機(jī)板、一個(gè)溫度傳感器以及一個(gè) SitePlayer 模塊。該工具包還包括取樣軟件和一個(gè)由圖形化按鈕、開關(guān)、LED及其它用戶界面工具組成的庫(kù)，用于輔助網(wǎng)頁(yè)開發(fā)。一個(gè)根據(jù)小型智能手機(jī)顯示器定制的交互Web網(wǎng)頁(yè)可使設(shè)計(jì)師在手機(jī)中無需特殊軟件的情況下創(chuàng)建一個(gè)嵌入式用戶界面。