智能手机：下一代嵌入式系统的界面

 

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。

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　　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。