掌上电脑研制中的关键技术

2006-05-07 15:49:54来源: 电子产品世界

掌上电脑(Palm Size PC)的前身是PDA(Personal Digital Assisant,个人数字助理),在我国,掌上电脑的研制受到了相当的重视,国家863计划306主题专家组于1998年初设立了“手持计算机系统集成与产业化”重点项目。同年7月,联想集团推出了国内第一台基于WindowsCE操作系统的掌上电脑,弥补了国家空白。国内目前已有联想、海信、桑夏等多家公司在进行掌上电脑的研制与生产,基本都可实现个人信息管理、手写输入、同上浏览、数据同步、实用工具等项功能,但与先进产品比还有较大的差距。那么,在掌上电脑的研制中,有哪些值得重点关注和研究的问题呢?笔者结合正在从事的掌上电脑开发项目对此做一介绍和探讨。

掌上电脑所用CPU

用于掌上电脑的CPU,要求性能较高(用于手写识别、上网浏览、多媒体播放等,但性能远不如台式机)、高集成度、低功耗。常上电脑使用的是RISC处理器,这种处理器精简了指令,在同样主频下能执行的指令比CISC芯片快得多,也更廉价。RISC结构体系有两大主流:Silicon Graphics公司的MIPS技术,ARM公司的Advanced RISC Machines技术。此外Hitachi公司也有自己的一套RISC技术SuperH。为了充分缩小掌上电脑的尺寸,厂商还把少量存储器和部分I/O端口也一并集成到芯片中。这些端口包括LCD控制器、SDRAM/ROM/Flash接口、触摸屏控制器、A/D及D/A、串行口、USB、IrDA、CF卡控制器等。由于在CPU上集成了众多的功能单元,为系统小型化设计带来了很大的便利。现在,可用于掌上电脑的CPU有英特尔的StrongArm系列、摩托罗拉的DragonBall系列、日立的SH系列、日电的VR系列等(见表1),同时这些公司还提供相应的演示板和整体解决方案。开发者选定一款合适的处理器芯片后,添加必要的外围电路并配合相应的外设,就可以非常方便地设计出各种掌上电脑产品。

表1 部分掌上电脑CPU厂家及型号

CPU型号 主频 采用该CPU的公司
Philips MIPS R3000 75MHz Philips,联想等
Hitachi SH7709a 100MHz 惠普等
NEC MIPS VR4121 133MHz Casio等
Motorola DragonBall 68VZ328 33MHz 3Com等
Intel StrongARM SA-1110 206MHz 康柏等

液晶显示

LCD适用于低压、微功耗电路,自然也在掌上电脑中得到了广泛的应用。掌上电脑采用的是图形式LCD(区别于字段式LCD)。因为采用的LCD大小相差不大,我们主要关心两个关键因素:分辨率和色彩。分辨率以像素数据为标准,单色和彩色LCD的色彩分别以灰度数和颜色数为标准。LCD还有一个很关键的参数就是对比度,这个值越高,中央电视台显示质量就越好。中档掌上电脑一般采用240×320分辨率、3.8英寸左右的CLD(Windows CE 规定掌上电脑的屏幕分辨率必须是240×320)。为减少耗电和提高分辨率,掌上电脑所用的LCD趋向于采用反射式液晶显示和低温多晶硅技术。夏普、爱普生、日电、三星等公司的液晶产品在常上电脑中使用较多。总之,用于掌上电脑的LCD要求低功耗、低成本、高分辨率、宽视角、高对比度。

电源及电源管理

作为便携产品,掌上电脑的电源是一个值得重视的问题。目前掌上电脑使用的是标准AAA电池或可充式电池。如Palm IIIe、Palm IIIxe、Palm VII和Palm VIIx均使用双AAA电池,而Palm V和Palm IIIc使用可充电式锂离子电池。一般来说,高端的掌上电脑都使用充电电池。

除了从性价比和实际需要为掌上电脑选择合适的电源外,系统同时还应该具备完善的电源管理功能。一般掌上电脑所用的CPU都集成了电源管理模块。因此设计掌上电脑时,在硬件上要采用具备休或等待状态的低功耗元器件(主要是各种芯片),便于CPU的控制;在软件上要配合硬件设计高效的电源管理程序,如自动关机、自动休眠、自动调节背光等,从而有效延长电源的使用寿命。

无线上网

绝大部分掌上电脑可以借助电话线或手机来上网,但并不方便。可以说,如果没有无线上网的功能,掌上电流和普通的PDA拉不开档次,上网性能双比不上笔记本电脑,将会处于十分尴尬的位置。伴随移动产品走向无线的趋势,为掌上电流加上无线收发功能自然也成为开发者的重要目标,也开辟了掌上电脑和手机的融合之路,较有代表性的有Palm公司的Palm VII、SAGEM公司的WA 3050、Motorola的A6188、Nokia的9210等。

在掌上电脑中集成无线收发模块,其方案如图1所示。用户通过掌上电脑连接到GSM/CDMA移动电话网,再接入到Internet上,真正实现带有移动通信功能的掌上电脑。根据掌上电脑所安装的浏览器不同,可以浏览普通的网页或经过精简处理后的WAP网页,但受限于当前无线信道的数据传输率,应该以后者为主。掌上电脑要求小型化、省电、高可靠性,所以无线模块部分的芯片需采用专用集成电路。这里面还要考虑到电磁干扰的屏蔽和硬件电路的小型化。现在一般的掌上电脑都具有录放音的功能。加入了无线收发模块后,我们就可以利用原有的音频编解码电路和无线模块连接起来,提供类似手机的无线语音通信功能,拨号可以通过触摸屏来完成。当然,无线收发模块也可以通过插卡或背板的形式扩展到掌上电脑上。考虑到技术综合和入网许可的问题,可以和手机生产商合作开发。

随着无线通信技术的发展和3G时代的到来,无线数据传输速率不断提高,无颖将为掌上电脑无线收发创造了一个更好的环境。

输入方式

掌上电脑输入方式的好坏,直接影响到用户对产品性能特别是易用性的评价。尤其在中国,汉字的使用更增加了解决掌上电脑输入问题的困难。

限于掌上电脑的体积,即使配备键盘也会因为太小而显得不实用,因此现在手写输入成为掌上电脑的主要输入方式。硬件上,触摸屏理所当然成为掌上电脑的主要输入设备。因为要进行手写输入,所以需要较高分辨率的触摸屏。目前掌上电脑用的触摸屏大多是模拟电阻式薄摸输入,它的分辨率可达点距0.1毫米。因为电阻式触摸屏是贴在LCD前面的,所以触摸屏的质量(主要是透射率)将直接影响到最终的显示效果。另外,依触摸屏表面的情形不同,有反光型和非反光型两种。在同样的LCD上贴不同的触摸屏,反光型的要清晰一些。2000年,美国Synaptics(新思)公司已经研制生产出新一代的电感式触摸屏。工作原理是在触摸笔中安装LC谐振线圈,通过改变和安装有激励线圈及感应线圈的触摸屏之间的空间距离,使电磁场发生变化从而计算出触点的位置。这样输入笔不必接触屏幕,可以减少对屏幕的磨损,同时大大提高输入的灵敏度。而且由于触摸屏安装在显示屏的后面,也增加显示的清晰度和亮度,减少背光的使用,进而可以延长电池的使用寿命。软件方面、汉王、蒙恬、清华文通的产品在识别速度、准确率和软件大小上可以满足掌上电脑的的要求。

掌上电脑另外一种很有发展潜力的输入方式就是语音输入,由于不需要传统的输入器件,便得系统更小、更轻便。语音输入的实现可以在掌上电脑处理器功能足够强大时用相应的软件实现,也可以使用专用DSP芯片实现。前者对掌上电脑硬件配置的要求较高,如处理器的速度配置的要求较高,如处理器的速度和存储器的容量等,可用软件的典型代表是比利时L&H公司的ASR系列,软件大小在1M左右。后者则是通过芯片来完成语音识别输入过程中的所有运算工作,不会加重掌上电脑主CPU的负担。现在掌上电脑使用语音输入遇到的最大困难是可识别的单词太少(受限于存储的词库大小),虽然能通过声音命令来控制掌上电脑,但还不能音命令来控制掌上电脑,但还不能让用户随心所欲地口述输入内容并将其识别成文本。严格来讲,这只能算是语音控制,还不是真正意心上的语音输入。因此现阶段语音输入还取代不了手写输入和虚拟键盘输入,但毫无颖问是一个重要的发展方向。

蓝牙技术

蓝牙是一项新型的短距离无线接入技术,1994年由Ericsson公司首先提出,1998年联合Nokia、Motorola、东芝、Intel、IBM等公司组成蓝牙特别兴趣小组(SIG),推出了统一的技术标准,现在已成为无线个人局域网(PAN)的标准之一。蓝牙技术具有产品体积小、低功耗、辐射低、穿透性强、速率高、可实现1对7的多点数据传输等优势,极有可能取代红外线技术,成为各种数字设备之间进行短距离数字化语音和数据交换的主要方式。

现在市场上已经出现了蓝牙耳式产品。随着蓝牙应用领域的日益广泛和带蓝牙模块产品的日益增多,掌上电脑“长出”蓝牙也是大势所趋。Ericsson、Philips、Lucent等众多公司都推出了蓝牙芯片。

当蓝牙技术在家用电器、数字设备中普及后,掌上电脑也许将成为家庭自动化和办公自动化的控制中心。

GPS定位导航

GPS(Global Positioning System)即全球定位系统,是美国颁布使用的一种多卫星系统,通过接收来自GPS卫星的信号来确定地面或近地面任何位置的移动接收机的位置。GPS与掌上电脑的结合,可构成带有随身定位功能的掌上电脑,尤其适合商旅人士和军警人员。

目前,由于GPS技术已经相当成熟,各厂家生产的GPS信号处理的功能模块也比比皆是,主要厂家有:ST、Motorola、Philips等,选用时要满足掌上电脑体积与功耗的要求。

结束语

在掌上电脑的开发过程中,一定要针对用户的需要,以高性价比为目标来进行软硬件协调设计。除了一些常用的功能和为特定人群开发的掌上电脑专用功能,在大多数情况下,很多功能并不一定要集成到掌上电脑中,制成选装功能附件反而可以给用户更大的选择空间和升级余地,也使得产品更有竞争力。

编辑: 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/designarticles/others/200605/2434.html
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