智能手機：下一代嵌入式系統的界面

 

智能手機技術(shù)代表PDA與移動(dòng)通信設備的融合，有望在計算技術(shù)無(wú)所不在時(shí)代的早期成為合適的用戶(hù)界面。
　　要 點(diǎn)
　　用現成的智能手機代替嵌入式設計的用戶(hù)界面，也許會(huì )明顯減輕開(kāi)發(fā)工作。
　　為了用智能手機實(shí)現交互作用，設計師可以選擇短距離的藍牙和 802.11 網(wǎng)絡(luò )或者距離更長(cháng)的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行數據傳輸。
　　插入式 (Drop-in) Web 服務(wù)器或各種收發(fā)器模塊可為設備 OEM廠(chǎng)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(jiǎn)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(dòng)用戶(hù)界面。只要點(diǎn)擊幾下便攜式智能手機上的按鍵，便可將用戶(hù)直接連接到安全系統、工業(yè)控制器、接入控制系統、醫療設備、環(huán)境控制系統和家庭自動(dòng)化系統，而且，智能手機甚至還可以代替大多數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接收直接從一臺出現故障的工廠(chǎng)自動(dòng)化設備發(fā)出的電子郵件警報。他不必返回工作現場(chǎng)，就可在自己的智能手機上調出該設備的遙控面板，查詢(xún)操作參數，進(jìn)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(chǎng)中的其它系統。借助定制的應用軟件，智能手機還可以仿真很多專(zhuān)有產(chǎn)品的外觀(guān)和感覺(jué)，并提供模擬內置嵌入式硬件接口的用戶(hù)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(hù)意識不到他們是在和電腦打交道。面部識別、虹膜識別、語(yǔ)音識別和指紋分析是幾種可用來(lái)毫不費力地識別用戶(hù)的技術(shù)。其它一些實(shí)驗性的用戶(hù)感測器（例如眼睛跟蹤、嘴唇閱讀和手部動(dòng)作分析等）也可在將來(lái)為嵌入式產(chǎn)品提供非接觸的輸入形式。同樣，全球定位系統和視頻信號處理系統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，但是對于嵌入式系統而言，它們還不夠先進(jìn)，而且現今的系統大多數仍然需要用用戶(hù)界面來(lái)輸入數據和顯示信息。
　　雖然嵌入式系統設計師能夠將內置式鍵盤(pán)/顯示器、專(zhuān)用無(wú)線(xiàn)接口終端或遠程聯(lián)網(wǎng)的 PC組合在一起，用作用戶(hù)界面，但是智能手機卻是一種值得考慮的能力強大的現成替代品。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(dòng)平臺部副總裁兼總經(jīng)理Anand Chandrasekher說(shuō)：“2003 年銷(xiāo)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(chǎng)是行業(yè)中的亮點(diǎn)，其綜合年增長(cháng)率大約是 100%?！?BR>　　便攜式智能手機界面使用戶(hù)能立即訪(fǎng)問(wèn)多種嵌入式設備，并使設計師能降低產(chǎn)品的成本、尺寸和復雜性。嵌入式系統和智能手機可依據其功能，通過(guò)紅外線(xiàn)或藍牙等短距離系統、中距離 802.11 網(wǎng)絡(luò )以及長(cháng)距離移動(dòng)通信系統來(lái)交換無(wú)線(xiàn)數據。此外，包含內置數據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(guò)上網(wǎng)訪(fǎng)問(wèn)遠程服務(wù)器，以便顯示大型的數據項，如用戶(hù)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(luò )
　　大多數智能手機都靠 CDMA（碼分多址）或 GSM（全球移動(dòng)通信系統）移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò )來(lái)工作。在 CDMA網(wǎng)絡(luò )中，傳輸頻率由一個(gè)擴頻跳頻碼來(lái)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(huà)音服務(wù)之外，大多數運營(yíng)商還提供 速率為14.4kbps 的 CDMA 電路交換數據連接或高達 307kbps 的高速分組數據服務(wù)。GPRS（通用分組無(wú)線(xiàn)業(yè)務(wù)）是另一種分組交換服務(wù)，允許各種設備在全世界的 GSM 話(huà)音通信網(wǎng)絡(luò )上發(fā)送和接收數據。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 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。大多數移動(dòng)通信技術(shù)都在向第三代演進(jìn)，以便為高帶寬應用系統提高數據速率。
　　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，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。這種多樣性雖然能使用戶(hù)選擇其所需的性能，但卻會(huì )給嵌入式系統設計師帶來(lái)令人頭疼的集成難題。例如，市場(chǎng)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(zhuān)有操作系統，而且這些操作系統的版本還在不斷變化。Gartner Research公司的分析師 Ben Wood 說(shuō)：“領(lǐng)先的智能手機操作系統是 Symbian，它占 2004 年第 2 季度全球銷(xiāo)售量的近 4/5?！盬ood預測：“Symbian 仍將在一段時(shí)間內保持主導地位，不過(guò)與之競爭的操作系統開(kāi)始出現增長(cháng)勢頭?！彪m然有些產(chǎn)品可以用來(lái)緩解這些問(wèn)題，但每種操作系統都需要不同的軟件開(kāi)發(fā)和維護工具。從企業(yè)信息技術(shù)的角度來(lái)看，智能手機就是需要進(jìn)行軟件安裝、硬件維護和周期性更新的遠程電腦。為了簡(jiǎn)化支持工作，很多機構都把智能手機用戶(hù)局限于一個(gè)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(kāi)發(fā)移動(dòng)應用軟件。最簡(jiǎn)單的技術(shù)之一就是添加現成的 Web 服務(wù)器模塊，以便同時(shí)增加上網(wǎng)功能和設備管理功能。在這些小型 Web 服務(wù)器中，很多都是插入式電路板，它們在一端提供一個(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，從而使設計師可以專(zhuān)注于嵌入式系統應用。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(hù)可以利用標準的創(chuàng )始工具來(lái)創(chuàng )建適用于智能手機的網(wǎng)頁(yè)，并通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)把它們下載到 SitePlayer。一個(gè) 100 美元的開(kāi)發(fā)工具包包括一塊配備 LED 和開(kāi)關(guān)的主機板、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(kāi)關(guān)、LED及其它用戶(hù)界面工具組成的庫，用于輔助網(wǎng)頁(yè)開(kāi)發(fā)。一個(gè)根據小型智能手機顯示器定制的交互Web網(wǎng)頁(yè)可使設計師在手機中無(wú)需特殊軟件的情況下創(chuàng )建一個(gè)嵌入式用戶(hù)界面。