掌上电脑研制中的关键技术介绍和探讨

　　掌上电脑，又称为PDA,是PersonalDigitalAssistant的缩写，字面意思是"个人数字助理",用于个人信息的储存，应用，和管理。 掌上电脑除了用来管理个人信息（如通讯录，计划等），而且还可以上网浏览页面，收发Email,甚至还可以当作手机来用外，还具有：录音机功能、英汉汉英词典功能、时钟对照功能、提醒功能、休闲娱乐功能、传真管理功能等等。

　　正如"掌上电脑"这个名字一样，它在许多方面和我们的台式机相像。比如它同样有CPU、存储器、显示芯片以及操作系统等。并且正如个人电脑有Mac和Windows阵营之分，PDA也有Palm和PPC之分，其主要区别就在于操作系统的不同。尽管如此，PDA的功能大体是一样的，主要可以用来记事、文档编辑、玩游戏、播放多媒体、通过内置或外置无限网卡上网等。并且通过许多第三方软件，还可以看电子书、图像处理、外接GPS卡导航等。

　　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

　　掌上电脑的是操作系统，目前市场上的掌上电脑主要采用两类操作系统：一类是日趋完善的Palm操作系统，目前使用Palm系统的掌上电脑在世界市场份额中占到65%以上，主要有Palm、IBM的Workpad、Sony的Clie和TRGpro、handspring等palm电脑，另一类则是微软Win CE系列，虽然起步晚，但 掌上电脑操作系统的主要类型已经打破了Palm OS一统天下的局面，而且由于Win CE授权比较广泛，现在国内大部分掌上电脑都是使用Win CE系统，包括国内的联想、方正以及国外的HP、COMPAQ等公司都有Win CE掌上电脑推出。作为两大操作系统，采用PalmOS的产品电池使用时间比采用Win CE的产品长；配置彩色显示屏的产品没有单色显示屏产品的电池使用时间长；在多媒体性能上，Win CE要比Palm好一些；但是操作界面与应用性能上，Wince可以让用户更易上手；另外，在软件的数量上，Palm要比Win CE多一些。   当然除上以上两大操作系统外，从整个国际市场来看，掌上电脑的操作系统还有Pocket PC、EPOC、Hopen、Penbex和Linux操作系统。

　　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。

　　蓝牙技术

　　蓝牙（Bluetooth）是一种用于替代某些电子设备上使用电缆或连线的短距离无线连接技术。利用"蓝牙"技术，能够有效地简化掌上电脑、笔记本电脑和移动电话手机等移动通信终端设备之间的通信，也能够成功地简化以上设备与Internet之间的通信，从而使这些设备与因特网之间的数据传输变得更加迅速高效。目前具有蓝牙功能的掌上电脑有很多款，相信随着掌上电脑的逐步发展，蓝牙功能将成为掌上电脑的一种普通功能。但目前来看，具有蓝牙功能的掌上电脑价格比较贵。掌上电脑用蓝牙接口与其它同样具有蓝牙接口的设备连接同样可以实现无线连接，它具有无方向性限制，有效连接距离达10米，一般的传输速度都有1M,快速的高达10M甚至更快等优点，但目前配置蓝牙接口的电子设备却不是很多，与红外线接口的普及率有很大的差距，这是比较遗憾的一个地方，不过，没有蓝牙接口的电脑可通过加装蓝牙适配器来实现蓝牙接口功能，这些蓝牙适配器一般都是USB接口的，可以插在电脑的USB接口上使用，而且只有闪盘大小，携带远比数据线要方便。

　　蓝牙技术在掌上电脑上的应用模式如图：通过掌上电脑你不仅可以编写 Email,而且可以立即发送出去，没有外线与PC连接，一切都由蓝牙设备来传送。这样，在飞机上用掌上电脑写Email,当飞机着陆后，你只须打开手机，所有信息可通过机场的蓝牙设备自动发送。有了蓝芽技术，你的掌上电脑能够与桌面系统保持同步。

　　GPS定位导航

　　GPS（Global Positioning System）即定位系统，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。