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)人數字助理），在我國，掌上電腦的研制受到了相當的重視，國家863計劃306主題專(zhuān)家組于1998年初設立了“手持計算機系統集成與產(chǎn)業(yè)化”重點(diǎn)項目。同年7月，聯(lián)想集團推出了國內第一臺基于WindowsCE操作系統的掌上電腦，彌補了國家空白。國內目前已有聯(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)現個(gè)人信息管理、手寫(xiě)輸入、同上瀏覽、數據同步、實(shí)用工具等項功能，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？筆者結合正在從事的掌上電腦開(kāi)發(fā)項目對此做一介紹和探討。

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(xiě)識別、上網(wǎng)瀏覽、多媒體播放等，但性能遠不如臺式機）、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，在同樣主頻下能執行的指令比CISC芯片快得多，也更廉價(jià)。RISC結構體系有兩大主流：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RISC技術(shù)SuperH。為了充分縮小掌上電腦的尺寸，廠(chǎng)商還把少量存儲器和部分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，為系統小型化設計帶來(lái)了很大的便利?，F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(jiàn)表1），同時(shí)這些公司還提供相應的演示板和整體解決方案。開(kāi)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的外設，就可以非常方便地設計出各種掌上電腦產(chǎn)品。

表1 部分掌上電腦CPU廠(chǎng)家及型號

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用。掌上電腦采用的是圖形式LCD（區別于字段式LCD）。因為采用的LCD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。分辨率以像素數據為標準，單色和彩色LCD的色彩分別以灰度數和顏色數為標準。LCD還有一個(gè)很關(guān)鍵的參數就是對比度，這個(gè)值越高，中央電視臺顯示質(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(ài)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?，用于掌上電腦的LCD要求低功耗、低成本、高分辨率、寬視角、高對比度。

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準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?xún)r(jià)比和實(shí)際需要為掌上電腦選擇合適的電源外，系統同時(shí)還應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。因此設計掌上電腦時(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計高效的電源管理程序，如自動(dòng)關(guān)機、自動(dòng)休眠、自動(dòng)調節背光等，從而有效延長(cháng)電源的使用壽命。

無(wú)線(xiàn)上網(wǎng)

絕大部分掌上電腦可以借助電話(huà)線(xiàn)或手機來(lái)上網(wǎng)，但并不方便?？梢哉f(shuō)，如果沒(méi)有無(wú)線(xiàn)上網(wǎng)的功能，掌上電流和普通的PDA拉不開(kāi)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(xiàn)的趨勢，為掌上電流加上無(wú)線(xiàn)收發(fā)功能自然也成為開(kāi)發(fā)者的重要目標，也開(kāi)辟了掌上電腦和手機的融合之路，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(xiàn)收發(fā)模塊，其方案如圖1所示。用戶(hù)通過(guò)掌上電腦連接到GSM/CDMA移動(dòng)電話(huà)網(wǎng)，再接入到Internet上，真正實(shí)現帶有移動(dòng)通信功能的掌上電腦。根據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)，但受限于當前無(wú)線(xiàn)信道的數據傳輸率，應該以后者為主。掌上電腦要求小型化、省電、高可靠性，所以無(wú)線(xiàn)模塊部分的芯片需采用專(zhuān)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在一般的掌上電腦都具有錄放音的功能。加入了無(wú)線(xiàn)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(xiàn)模塊連接起來(lái)，提供類(lèi)似手機的無(wú)線(xiàn)語(yǔ)音通信功能，撥號可以通過(guò)觸摸屏來(lái)完成。當然，無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊也可以通過(guò)插卡或背板的形式擴展到掌上電腦上?？紤]到技術(shù)綜合和入網(wǎng)許可的問(wèn)題，可以和手機生產(chǎn)商合作開(kāi)發(fā)。

隨著(zhù)無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的發(fā)展和3G時(shí)代的到來(lái)，無(wú)線(xiàn)數據傳輸速率不斷提高，無(wú)穎將為掌上電腦無(wú)線(xiàn)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(hù)對產(chǎn)品性能特別是易用性的評價(jià)。尤其在中國，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(pán)也會(huì )因為太小而顯得不實(shí)用，因此現在手寫(xiě)輸入成為掌上電腦的主要輸入方式。硬件上，觸摸屏理所當然成為掌上電腦的主要輸入設備。因為要進(jìn)行手寫(xiě)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，它的分辨率可達點(diǎn)距0.1毫米。因為電阻式觸摸屏是貼在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(xiàn)圈，通過(guò)改變和安裝有激勵線(xiàn)圈及感應線(xiàn)圈的觸摸屏之間的空間距離，使電磁場(chǎng)發(fā)生變化從而計算出觸點(diǎn)的位置。這樣輸入筆不必接觸屏幕，可以減少對屏幕的磨損，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(cháng)電池的使用壽命。軟件方面、漢王、蒙恬、清華文通的產(chǎn)品在識別速度、準確率和軟件大小上可以滿(mǎn)足掌上電腦的的要求。

掌上電腦另外一種很有發(fā)展潛力的輸入方式就是語(yǔ)音輸入，由于不需要傳統的輸入器件，便得系統更小、更輕便。語(yǔ)音輸入的實(shí)現可以在掌上電腦處理器功能足夠強大時(shí)用相應的軟件實(shí)現，也可以使用專(zhuān)用DSP芯片實(shí)現。前者對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)音識別輸入過(guò)程中的所有運算工作，不會(huì )加重掌上電腦主CPU的負擔?，F在掌上電腦使用語(yǔ)音輸入遇到的最大困難是可識別的單詞太少（受限于存儲的詞庫大?。?，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(hù)隨心所欲地口述輸入內容并將其識別成文本。嚴格來(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。因此現階段語(yǔ)音輸入還取代不了手寫(xiě)輸入和虛擬鍵盤(pán)輸入，但毫無(wú)穎問(wèn)是一個(gè)重要的發(fā)展方向。

藍牙技術(shù)

藍牙是一項新型的短距離無(wú)線(xiàn)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等公司組成藍牙特別興趣小組（SIG），推出了統一的技術(shù)標準，現在已成為無(wú)線(xiàn)個(gè)人局域網(wǎng)（PAN）的標準之一。藍牙技術(shù)具有產(chǎn)品體積小、低功耗、輻射低、穿透性強、速率高、可實(shí)現1對7的多點(diǎn)數據傳輸等優(yōu)勢，極有可能取代紅外線(xiàn)技術(shù)，成為各種數字設備之間進(jìn)行短距離數字化語(yǔ)音和數據交換的主要方式。

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

當藍牙技術(shù)在家用電器、數字設備中普及后，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定位導航

GPS（Global Positioning System）即全球定位系統，是美國頒布使用的一種多衛星系統，通過(guò)接收來(lái)自GPS衛星的信號來(lái)確定地面或近地面任何位置的移動(dòng)接收機的位置。GPS與掌上電腦的結合，可構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)相當成熟，各廠(chǎng)家生產(chǎn)的GPS信號處理的功能模塊也比比皆是，主要廠(chǎng)家有：ST、Motorola、Philips等，選用時(shí)要滿(mǎn)足掌上電腦體積與功耗的要求。

結束語(yǔ)

在掌上電腦的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，一定要針對用戶(hù)的需要，以高性?xún)r(jià)比為目標來(lái)進(jìn)行軟硬件協(xié)調設計。除了一些常用的功能和為特定人群開(kāi)發(fā)的掌上電腦專(zhuān)用功能，在大多數情況下，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(hù)更大的選擇空間和升級余地，也使得產(chǎn)品更有競爭力。