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智能手机:下一代嵌入式系统的界面

52RD.com 2006年4月4日 EDN技术            评论:0条 我来说两句
  智能手机技术代表PDA与移动通信设备的融合,有望在计算技术无所不在时代的早期成为合适的用户界面。
  要 点
  用现成的智能手机代替嵌入式设计的用户界面,也许会明显减轻开发工作。
  为了用智能手机实现交互作用,设计师可以选择短距离的蓝牙和 802.11 网络或者距离更长的移动通信网络进行数据传输。


  插入式 (Drop-in) Web 服务器或各种收发器模块可为设备 OEM厂商们提供一种将嵌入式设备升级到以智能手机方式工作的简便方法。




  借助绰绰有余的计算能力、内置的可编程图形算法以及多种通信选件,智能手机为数量日渐增多的智能嵌入式设备提供了一种方便而能力强大的移动用户界面。只要点击几下便携式智能手机上的按键,便可将用户直接连接到安全系统、工业控制器、接入控制系统、医疗设备、环境控制系统和家庭自动化系统,而且,智能手机甚至还可以代替大多数起居室中的各种遥控器。例如,生产主管也许可以在家中用智能手机接收直接从一台出现故障的工厂自动化设备发出的电子邮件警报。他不必返回工作现场,就可在自己的智能手机上调出该设备的遥控面板,查询操作参数,进行调整,或者激活自检程序。利用同一部手机,他甚至可以连接并控制同一工厂中的其它系统。借助定制的应用软件,智能手机还可以仿真很多专有产品的外观和感觉,并提供模拟内置嵌入式硬件接口的用户感受。
  一种流行的计算界面的最终目标是提供前后连贯而又透明的交互作用,以致用户意识不到他们是在和电脑打交道。面部识别、虹膜识别、语音识别和指纹分析是几种可用来毫不费力地识别用户的技术。其它一些实验性的用户感测器(例如眼睛跟踪、嘴唇阅读和手部动作分析等)也可在将来为嵌入式产品提供非接触的输入形式。同样,全球定位系统和视频信号处理系统可以提供精确的定位信息。尽管这些技术中有些已经可供使用,但是对于嵌入式系统而言,它们还不够先进,而且现今的系统大多数仍然需要用用户界面来输入数据和显示信息。
  虽然嵌入式系统设计师能够将内置式键盘/显示器、专用无线接口终端或远程联网的 PC组合在一起,用作用户界面,但是智能手机却是一种值得考虑的能力强大的现成替代品。虽然性能和功能差别很大,但“智能手机”通常被定义为一种把手机功能、可编程信息管理功能和互联网接入功能融合在一起的设备。英特尔
公司移动平台部副总裁兼总经理Anand Chandrasekher说:“2003 年销售了 5 亿多部手机,而把应用处理器和通信功能融合在一起的智能手机市场是行业中的亮点,其综合年增长率大约是 100%。”
  便携式智能手机界面使用户能立即访问多种嵌入式设备,并使设计师能降低产品的成本、尺寸和复杂性。嵌入式系统和智能手机可依据其功能,通过红外线或蓝牙等短距离系统、中距离 802.11 网络以及长距离移动通信系统来交换无线数据。此外,包含内置数据通信功能和定制的图形算法的智能手机软件还能予以远程更新,以便修复程序错误,改变特性,或者加入新功能。借助互联网连接,智能手机界面还可通过上网访问远程服务器,以便显示大型的数据项,如用户手册、硬件原理图、视频培训课程或者故障检修信息。
  单元网络
  大多数智能手机都靠 CDMA(码分多址)或 GSM(全球移动通信系统)移动通信网络来工作。在 CDMA网络中,传输频率由一个扩频跳频码来确定,而且只有跟踪同一组频率的接收器才能检测到。除了话音服务之外,大多数运营商还提供 速率为14.4kbps 的 CDMA 电路交换数据连接或高达 307kbps 的高速分组数据服务。GPRS(通用分组无线业务)是另一种分组交换服务,允许各种设备在全世界的 GSM 话音通信网络上发送和接收数据。GSM 使用 TDMA(时分多址)的一个变种,工作于 900MHz、1800MHz 或 1900MHz 频段。GPRS 可提供高达 171kbps 的速率,视网络可用性、信道编码方案和终端功能而定。大多数移动通信技术都在向第三代演进,以便为高带宽应用系统提高数据速率。
  几乎每一家手机制造商提供的智能手机都具有多种形状系数,都可在所有的移动通信网络上工作,并都采用多种多样的操作系统。这种多样性虽然能使用户选择其所需的性能,但却会给嵌入式系统设计师带来令人头疼的集成难题。例如,市场上的智能手机配有 Symbian、Palm、Linux、Blackberry、Microsoft 和运行在多种处理器上的专有操作系统,而且这些操作系统的版本还在不断变化。Gartner Research公司的分析师 Ben Wood 说:“领先的智能手机操作系统是 Symbian,它占 2004 年第 2 季度全球销售量的近 4/5。”Wood预测:“Symbian 仍将在一段时间内保持主导地位,不过与之竞争的操作系统开始出现增长势头。”虽然有些产品可以用来缓解这些问题,但每种操作系统都需要不同的软件开发和维护工具。从企业信息技术的角度来看,智能手机就是需要进行软件安装、硬件维护和周期性更新的远程电脑。为了简化支持工作,很多机构都把智能手机用户局限于一个公用通信公司,而且常常局限于一种手机型号。
  为了充分利用智能手机界面,设计师必须把通信硬件和软件集成到嵌入式设备中,并可能为手机开发移动应用软件。最简单的技术之一就是添加现成的 Web 服务器模块,以便同时增加上网功能和设备管理功能。在这些小型 Web 服务器中,很多都是插入式电路板,它们在一端提供一个连接嵌入式产品的串行接口,在另一端提供一个以太网接口。Web 服务器包含所有联网软件,从而使设计师可以专注于嵌入式系统应用。NetMedia 公司的 1 平方英寸 SitePlayer 就是一种插入式 Web 服务器(图 1)。用户可以利用标准的创始工具来创建适用于智能手机的网页,并通过互联网把它们下载到 SitePlayer。一个 100 美元的开发工具包包括一块配备 LED 和开关的主机板、一个温度传感器以及一个 SitePlayer 模块。该工具包还包括取样软件和一个由图形化按钮、开关、LED及其它用户界面工具组成的库,用于辅助网页开发。一个根据小型智能手机显示器定制的交互Web网页可使设计师在手机中无需特殊软件的情况下创建一个嵌入式用户界面。

   

  蓝牙的应用
  很多较新型的智能手机都内置蓝牙收发器,为的是与附近的设备(比如耳机、车载免提硬件、GPS 模块、其它智能手机和PC)建立无线链路,实现相互同步。蓝牙规范定义了大量协议子集,用以确定用户情况,并改善制造商产品之间的互操作性。嵌入式系统设计师之所以对串行设备端口协议子集感兴趣,是因为它可仿真两个对等设备之间的串行电缆连接。在通信距离约为10米和数据速率高达 128kbps时,虚拟串口可为用户界面应用系统提供足够的性能。蓝牙特殊兴趣小组(Bluetooth Special Interest Group)最近宣布了蓝牙规范的2.0版本,数据速率有所提高,功耗有所降低,以适应 CD 质量的音频流式传输、数字图像传送和激光打印等。虽然 IEEE 802.11 Wi-Fi 收发器可以提供距离更长的线路,但是鉴于IP电话线路可能分流其按分钟计算的收费,一些移动通信公司对于把这种功能包括进来还有些犹豫。

  Nokia 公司7710 智能手机基于最新的 Symbian Series 90 操作系统(图 2)。它采用蓝牙技术,并具有 65,536 色 640×320 像素横向触屏显示器。该手机内含一个集成的 1152×864 像素照相机、一个录音器、一个视频播放器、一个调频收音机、一个Opera 网页浏览器、一个MP3 音乐播放器、信息管理器应用软件、文档查看器。电子邮件功能包括 SMTP、POP3、IMAP4和APOP。虽然该手机不包括硬件键盘,但屏幕键盘和手写识别功能可使用户很方便地输入信息。用户可访问一部分内部 RAM,并可利用插入式多媒体存储器来扩充之。Nokia 公司的7710可以在 GSM 网络上工作,工作频段是 900MHz、1800MHz 或 1900MHz,其售价约为 600 美元。
  借助为 Palm Pilot 开发的数以千计的第三方兼容应用软件,PalmOne 公司最近推出的 Treo 650 智能手机既有流行 PDA 的所有功能,又有上网、电子邮件以及连接GSM 或 CDMA 移动通信网等功能(图 3)。Rob Haitani 是 PalmOne 公司 Treo 智能手机和最初 Palm 用户界面的产品体系结构设计师,他承认自己迷恋科幻小说,他说:“当我们设计第一种 Treo 智能手机时,其形状系数与最初《星际旅行》电视连续剧中的通信器材相同。后来,免提电话模式使你可以站在那儿,像科克船长那样讲话。” 采用 312MHz Intel PXA270 处理器的Treo 650智能手机,可运行 Palm 公司的 5.4 版操作系统。该手机还内含蓝牙收发器、QWERTY 键盘、MP3 播放器、VGA 数码相机以及16位320×320 像素彩屏。一个集成的 Secure Digital I/O 插槽可以插入 2GB 插入式存储器模块以及条码阅读器或 GSP 传感器等各种扩展外设。Treo 650 的价格是 600 美元。它配备一块可拆卸的锂离子充电电池,从而可提供 5 个多小时的通话时间和两周的待机时间。

  Audiovox 公司的一种新型智能手机运行Microsoft Windows Mobile Pocket PC Phone 2003 Second Edition操作系统。它具有一个可旋转的 3.5 英寸 240×320 像素半透反射彩屏、蓝牙功能、VGA 相机以及1490mAhr 锂聚合物电池(图 4)。QWERTY 键盘构成了手机的背面,并可在需要输入数据时滑下来。它的电脑部分是由 400MHz Intel PXA263 XScale 处理器、128MB RAM 和 64MB ROM 组成,工作于 Sprint 双频段 PCS 800MHz 和 1900MHz CDMA 网络。Audiovox PPC-6601 的售价约为 630 美元。

  手机代码
  Microsoft 公司的两种智能手机开发平台都基于 Windows CE。Pocket PC Phone 版本适合于为 Pocket PC PDA 编写的 Microsoft 和第三方应用软件的大型程序库,而较新的 Microsoft Smartphone 平台的目标则是以手机为中心的项目。鉴于电话和 PDA 的迅速融合,Microsoft公司 计划把这些平台整合在 Windows Mobile的产品名称之下。同时,各种智能手机应用软件开发工具也令人眼花缭乱。Microsoft eMbedded Visual Tools 3.0 工具包包含一个集成开发环境以及为最初的 PocketPC 平台开发软件所需的各种工具。该工具包是完全独立的,不需要 Microsoft公司 的 Visual Studio。设计师可以用 Visual C++ 3.0(图5)为 Pocket PC 或 Smartphone 2002 手机开发各种程序,不过,等效的 2003 手机却需要 eMbedded Visual C++ 4.0。最终,Visual Studio.NET 将成为所有基于 Windows Mobile 的手机的开发平台。有关 Microsoft 公司的工具、指南、应用软件样本的详细综述可在 Windows Mobile Developer 中心获得,该中心的网址是 www.microsoft.com/windowsmobile/developers

   

  虽然 Palm 操作系统开发工具比其它任何智能手机软件供应商提供的工具更加成熟,但该公司最近一分为二,这在新的开发商当中造成了一些困惑。PalmOne 是 Palm 公司分离出来的硬件公司,而 PalmSource 则继续生产Palm 操作系统,并与第三方开发商合作。然而,两家公司网站都提供开发信息和工具。Palm OS 的非正式标准开发工具是 Metrowerks CodeWarrior Development Studio。其最新的 V9.0版本可提供拖放式的表格设计程序、多处理器 C 编译程序和 C++ 编译程序、项目范例、调试程序以及Palm OS 5 软件开发工具包。Palm OS 版CodeWarrior Development Studio 的价格是 399 美元,可从 MetroWerks公司 的网站上获得。
  有几家第三方工具开发商提供了简化应用软件在多种智能手机中的移植的应用开发软件。例如,AppForge 公司提供的 Crossfire,是 Microsoft 公司的 C#、VB.NET 或 Visual Basic 6.0 的附加软件,用以简化在主要的 Palm 操作系统(Symbian) 和各种 Windows Mobile 手机上运行的应用软件的开发工作。设计师利用专门的移动控制器、程序库以及可以直接插入 Visual Studio IDE 的模块,就可创建 Crossfire 应用软件。AppForge 既出售Crossfire 以及30 多种标准控制器,又出售用于数据库同步、条码扫描、通信和通话的模块和程序库。Crossfire 应用软件要求一个运行时客户机驻留在每一个移动设备中。  AppForge 公司的董事长兼首席执行官Gary Warren说 :“Crossfire 把 Microsoft 的 C# 和 Visual Basic 语言转变成真正的跨平台开发环境,从而不管操作系统如何,均可使用我们的客户开发应用软件,并使之用在世界上300多台移动设备上。”AppForge公司的Crossfire的价格是每个开发人员席位为 1000 美元,每个运行时客户机外加 25 美元。
  在我们所处的环境中,电脑化的设备数量不断增加。智能手机具有为这些设备提供方便的便携式用户界面的必要性能。这些融合的移动式手机能把数据下载到本地存储器,能运行定制的应用软件,并能与多种产品进行无线交互作用。这种便利性,再加上项目总成本的节省,应该足以诱使设计师考虑在其下一项嵌入式设计中把智能手机用作用户界面。

 

(52RD.com)
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