掌上電腦研制中的關鍵技術

掌上電腦（Palm Size PC）的前身是PDA（Personal Digital Assisant，個人數(shù)字助理），在我國，掌上電腦的研制受到了相當?shù)闹匾?，國?63計劃306主題專家組于1998年初設立了“手持計算機系統(tǒng)集成與產(chǎn)業(yè)化”重點項目。同年7月，聯(lián)想集團推出了國內(nèi)第一臺基于WindowsCE操作系統(tǒng)的掌上電腦，彌補了國家空白。國內(nèi)目前已有聯(lián)想、海信、桑夏等多家公司在進行掌上電腦的研制與生產(chǎn)，基本都可實現(xiàn)個人信息管理、手寫輸入、同上瀏覽、數(shù)據(jù)同步、實用工具等項功能，但與先進產(chǎn)品比還有較大的差距。那么，在掌上電腦的研制中，有哪些值得重點關注和研究的問題呢？筆者結(jié)合正在從事的掌上電腦開發(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，這種處理器精簡了指令，在同樣主頻下能執(zhí)行的指令比CISC芯片快得多，也更廉價。RISC結(jié)構(gòu)體系有兩大主流：Silicon Graphics公司的MIPS技術，ARM公司的Advanced RISC Machines技術。此外Hitachi公司也有自己的一套RISC技術SuperH。為了充分縮小掌上電腦的尺寸，廠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(tǒng)小型化設計帶來了很大的便利。現(xiàn)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（見表1），同時這些公司還提供相應的演示板和整體解決方案。開發(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(qū)別于字段式LCD）。因為采用的LCD大小相差不大，我們主要關心兩個關鍵因素：分辨率和色彩。分辨率以像素數(shù)據(jù)為標準，單色和彩色LCD的色彩分別以灰度數(shù)和顏色數(shù)為標準。LCD還有一個很關鍵的參數(shù)就是對比度，這個值越高，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(guī)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。夏普、愛普生、日電、三星等公司的液晶產(chǎn)品在常上電腦中使用較多。總之，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值得重視的問題。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。一般來說，高端的掌上電腦都使用充電電池。

除了從性價比和實際需要為掌上電腦選擇合適的電源外，系統(tǒng)同時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，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，如自動關機、自動休眠、自動調(diào)節(jié)背光等，從而有效延長電源的使用壽命。

無線上網(wǎng)

絕大部分掌上電腦可以借助電話線或手機來上網(wǎng)，但并不方便?？梢哉f，如果沒有無線上網(wǎng)的功能，掌上電流和普通的PDA拉不開檔次，上網(wǎng)性能雙比不上筆記本電腦，將會處于十分尷尬的位置。伴隨移動產(chǎn)品走向無線的趨勢，為掌上電流加上無線收發(fā)功能自然也成為開發(fā)者的重要目標，也開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線收發(fā)模塊，其方案如圖1所示。用戶通過掌上電腦連接到GSM/CDMA移動電話網(wǎng)，再接入到Internet上，真正實現(xiàn)帶有移動通信功能的掌上電腦。根據(jù)掌上電腦所安裝的瀏覽器不同，可以瀏覽普通的網(wǎng)頁或經(jīng)過精簡處理后的WAP網(wǎng)頁，但受限于當前無線信道的數(shù)據(jù)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，所以無線模塊部分的芯片需采用專用集成電路。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(xiàn)在一般的掌上電腦都具有錄放音的功能。加入了無線收發(fā)模塊后，我們就可以利用原有的音頻編解碼電路和無線模塊連接起來，提供類似手機的無線語音通信功能，撥號可以通過觸摸屏來完成。當然，無線收發(fā)模塊也可以通過插卡或背板的形式擴展到掌上電腦上。考慮到技術綜合和入網(wǎng)許可的問題，可以和手機生產(chǎn)商合作開發(fā)。

隨著無線通信技術的發(fā)展和3G時代的到來，無線數(shù)據(jù)傳輸速率不斷提高，無穎將為掌上電腦無線收發(fā)創(chuàng)造了一個更好的環(huán)境。

輸入方式

掌上電腦輸入方式的好壞，直接影響到用戶對產(chǎn)品性能特別是易用性的評價。尤其在中國，漢字的使用更增加了解決掌上電腦輸入問題的困難。

限于掌上電腦的體積，即使配備鍵盤也會因為太小而顯得不實用，因此現(xiàn)在手寫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。因為要進行手寫輸入，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諧振線圈，通過改變和安裝有激勵線圈及感應線圈的觸摸屏之間的空間距離，使電磁場發(fā)生變化從而計算出觸點的位置。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，進而可以延長電池的使用壽命。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足掌上電腦的的要求。

掌上電腦另外一種很有發(fā)展?jié)摿Φ妮斎敕绞骄褪钦Z音輸入，由于不需要傳統(tǒng)的輸入器件，便得系統(tǒng)更小、更輕便。語音輸入的實現(xiàn)可以在掌上電腦處理器功能足夠強大時用相應的軟件實現(xiàn)，也可以使用專用DSP芯片實現(xiàn)。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LH公司的ASR系列，軟件大小在1M左右。后者則是通過芯片來完成語音識別輸入過程中的所有運算工作，不會加重掌上電腦主CPU的負擔?，F(xiàn)在掌上電腦使用語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?。?，雖然能通過聲音命令來控制掌上電腦，但還不能音命令來控制掌上電腦，但還不能讓用戶隨心所欲地口述輸入內(nèi)容并將其識別成文本。嚴格來講，這只能算是語音控制，還不是真正意心上的語音輸入。因此現(xiàn)階段語音輸入還取代不了手寫輸入和虛擬鍵盤輸入，但毫無穎問是一個重要的發(fā)展方向。

藍牙技術

藍牙是一項新型的短距離無線接入技術，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(tǒng)一的技術標準，現(xiàn)在已成為無線個人局域網(wǎng)（PAN）的標準之一。藍牙技術具有產(chǎn)品體積小、低功耗、輻射低、穿透性強、速率高、可實現(xiàn)1對7的多點數(shù)據(jù)傳輸?shù)葍?yōu)勢，極有可能取代紅外線技術，成為各種數(shù)字設備之間進行短距離數(shù)字化語音和數(shù)據(jù)交換的主要方式。

現(xiàn)在市場上已經(jīng)出現(xiàn)了藍牙耳式產(chǎn)品。隨著藍牙應用領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。

當藍牙技術在家用電器、數(shù)字設備中普及后，掌上電腦也許將成為家庭自動化和辦公自動化的控制中心。

GPS定位導航

GPS（Global Positioning System）即全球定位系統(tǒng)，是美國頒布使用的一種多衛(wèi)星系統(tǒng)，通過接收來自GPS衛(wèi)星的信號來確定地面或近地面任何位置的移動接收機的位置。GPS與掌上電腦的結(jié)合，可構(gòu)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技術已經(jīng)相當成熟，各廠家生產(chǎn)的GPS信號處理的功能模塊也比比皆是，主要廠家有：ST、Motorola、Philips等，選用時要滿足掌上電腦體積與功耗的要求。

結(jié)束語

在掌上電腦的開發(fā)過程中，一定要針對用戶的需要，以高性價比為目標來進行軟硬件協(xié)調(diào)設計。除了一些常用的功能和為特定人群開發(fā)的掌上電腦專用功能，在大多數(shù)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更大的選擇空間和升級余地，也使得產(chǎn)品更有競爭力。