智能手機(jī)技術(shù)代表PDA與移動通信設(shè)備的融合，有望在計(jì)算技術(shù)無所不在時代的早期成為合適的用戶界面。
要 點(diǎn)
用現(xiàn)成的智能手機(jī)代替嵌入式設(shè)計(jì)的用戶界面，也許會明顯減輕開發(fā)工作。
為了用智能手機(jī)實(shí)現(xiàn)交互作用，設(shè)計(jì)師可以選擇短距離的藍(lán)牙和 802.11 網(wǎng)絡(luò)或者距離更長的移動通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
插入式 (Drop-in) Web 服務(wù)器或各種收發(fā)器模塊可為設(shè)備 OEM廠商們提供一種將嵌入式設(shè)備升級到以智能手機(jī)方式工作的簡便方法。
借助綽綽有余的計(jì)算能力、內(nèi)置的可編程圖形算法以及多種通信選件，智能手機(jī)為數(shù)量日漸增多的智能嵌入式設(shè)備提供了一種方便而能力強(qiáng)大的移動用戶界面。只要點(diǎn)擊幾下便攜式智能手機(jī)上的按鍵，便可將用戶直接連接到安全系統(tǒng)、工業(yè)控制器、接入控制系統(tǒng)、醫(yī)療設(shè)備、環(huán)境控制系統(tǒng)和家庭自動化系統(tǒng)，而且，智能手機(jī)甚至還可以代替大多數(shù)起居室中的各種遙控器。例如，生產(chǎn)主管也許可以在家中用智能手機(jī)接收直接從一臺出現(xiàn)故障的工廠自動化設(shè)備發(fā)出的電子郵件警報。他不必返回工作現(xiàn)場，就可在自己的智能手機(jī)上調(diào)出該設(shè)備的遙控面板，查詢操作參數(shù)，進(jìn)行調(diào)整，或者激活自檢程序。利用同一部手機(jī)，他甚至可以連接并控制同一工廠中的其它系統(tǒng)。借助定制的應(yīng)用軟件，智能手機(jī)還可以仿真很多專有產(chǎn)品的外觀和感覺，并提供模擬內(nèi)置嵌入式硬件接口的用戶感受。
一種流行的計(jì)算界面的最終目標(biāo)是提供前后連貫而又透明的交互作用，以致用戶意識不到他們是在和電腦打交道。面部識別、虹膜識別、語音識別和指紋分析是幾種可用來毫不費(fèi)力地識別用戶的技術(shù)。其它一些實(shí)驗(yàn)性的用戶感測器（例如眼睛跟蹤、嘴唇閱讀和手部動作分析等）也可在將來為嵌入式產(chǎn)品提供非接觸的輸入形式。同樣，全球定位系統(tǒng)和視頻信號處理系統(tǒng)可以提供精確的定位信息。盡管這些技術(shù)中有些已經(jīng)可供使用，但是對于嵌入式系統(tǒng)而言，它們還不夠先進(jìn)，而且現(xiàn)今的系統(tǒng)大多數(shù)仍然需要用用戶界面來輸入數(shù)據(jù)和顯示信息。
雖然嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)師能夠?qū)?nèi)置式鍵盤/顯示器、專用無線接口終端或遠(yuǎn)程聯(lián)網(wǎng)的 PC組合在一起，用作用戶界面，但是智能手機(jī)卻是一種值得考慮的能力強(qiáng)大的現(xiàn)成替代品。雖然性能和功能差別很大，但“智能手機(jī)”通常被定義為一種把手機(jī)功能、可編程信息管理功能和互聯(lián)網(wǎng)接入功能融合在一起的設(shè)備。英特爾公司移動平臺部副總裁兼總經(jīng)理Anand Chandrasekher說：“2003 年銷售了 5 億多部手機(jī)，而把應(yīng)用處理器和通信功能融合在一起的智能手機(jī)市場是行業(yè)中的亮點(diǎn)，其綜合年增長率大約是 100%。”
便攜式智能手機(jī)界面使用戶能立即訪問多種嵌入式設(shè)備，并使設(shè)計(jì)師能降低產(chǎn)品的成本、尺寸和復(fù)雜性。嵌入式系統(tǒng)和智能手機(jī)可依據(jù)其功能，通過紅外線或藍(lán)牙等短距離系統(tǒng)、中距離 802.11 網(wǎng)絡(luò)以及長距離移動通信系統(tǒng)來交換無線數(shù)據(jù)。此外，包含內(nèi)置數(shù)據(jù)通信功能和定制的圖形算法的智能手機(jī)軟件還能予以遠(yuǎn)程更新，以便修復(fù)程序錯誤，改變特性，或者加入新功能。借助互聯(lián)網(wǎng)連接，智能手機(jī)界面還可通過上網(wǎng)訪問遠(yuǎn)程服務(wù)器，以便顯示大型的數(shù)據(jù)項(xiàng)，如用戶手冊、硬件原理圖、視頻培訓(xùn)課程或者故障檢修信息。
單元網(wǎng)絡(luò)
大多數(shù)智能手機(jī)都靠 CDMA（碼分多址）或 GSM（全球移動通信系統(tǒng)）移動通信網(wǎng)絡(luò)來工作。在 CDMA網(wǎng)絡(luò)中，傳輸頻率由一個擴(kuò)頻跳頻碼來確定，而且只有跟蹤同一組頻率的接收器才能檢測到。除了話音服務(wù)之外，大多數(shù)運(yùn)營商還提供 速率為14.4kbps 的 CDMA 電路交換數(shù)據(jù)連接或高達(dá) 307kbps 的高速分組數(shù)據(jù)服務(wù)。GPRS（通用分組無線業(yè)務(wù)）是另一種分組交換服務(wù)，允許各種設(shè)備在全世界的 GSM 話音通信網(wǎng)絡(luò)上發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。GSM 使用 TDMA（時分多址）的一個變種，工作于 900MHz、1800MHz 或 1900MHz 頻段。GPRS 可提供高達(dá) 171kbps 的速率，視網(wǎng)絡(luò)可用性、信道編碼方案和終端功能而定。大多數(shù)移動通信技術(shù)都在向第三代演進(jìn)，以便為高帶寬應(yīng)用系統(tǒng)提高數(shù)據(jù)速率。
幾乎每一家手機(jī)制造商提供的智能手機(jī)都具有多種形狀系數(shù)，都可在所有的移動通信網(wǎng)絡(luò)上工作，并都采用多種多樣的操作系統(tǒng)。這種多樣性雖然能使用戶選擇其所需的性能，但卻會給嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)師帶來令人頭疼的集成難題。例如，市場上的智能手機(jī)配有 Symbian、Palm、Linux、Blackberry、Microsoft 和運(yùn)行在多種處理器上的專有操作系統(tǒng)，而且這些操作系統(tǒng)的版本還在不斷變化。Gartner Research公司的分析師 Ben Wood 說：“領(lǐng)先的智能手機(jī)操作系統(tǒng)是 Symbian，它占 2004 年第 2 季度全球銷售量的近 4/5。”Wood預(yù)測：“Symbian 仍將在一段時間內(nèi)保持主導(dǎo)地位，不過與之競爭的操作系統(tǒng)開始出現(xiàn)增長勢頭。”雖然有些產(chǎn)品可以用來緩解這些問題，但每種操作系統(tǒng)都需要不同的軟件開發(fā)和維護(hù)工具。從企業(yè)信息技術(shù)的角度來看，智能手機(jī)就是需要進(jìn)行軟件安裝、硬件維護(hù)和周期性更新的遠(yuǎn)程電腦。為了簡化支持工作，很多機(jī)構(gòu)都把智能手機(jī)用戶局限于一個公用通信公司，而且常常局限于一種手機(jī)型號。
為了充分利用智能手機(jī)界面，設(shè)計(jì)師必須把通信硬件和軟件集成到嵌入式設(shè)備中，并可能為手機(jī)開發(fā)移動應(yīng)用軟件。最簡單的技術(shù)之一就是添加現(xiàn)成的 Web 服務(wù)器模塊，以便同時增加上網(wǎng)功能和設(shè)備管理功能。在這些小型 Web 服務(wù)器中，很多都是插入式電路板，它們在一端提供一個連接嵌入式產(chǎn)品的串行接口，在另一端提供一個以太網(wǎng)接口。Web 服務(wù)器包含所有聯(lián)網(wǎng)軟件，從而使設(shè)計(jì)師可以專注于嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用。NetMedia 公司的 1 平方英寸 SitePlayer 就是一種插入式 Web 服務(wù)器（圖 1）。用戶可以利用標(biāo)準(zhǔn)的創(chuàng)始工具來創(chuàng)建適用于智能手機(jī)的網(wǎng)頁，并通過互聯(lián)網(wǎng)把它們下載到 SitePlayer。一個 100 美元的開發(fā)工具包包括一塊配備 LED 和開關(guān)的主機(jī)板、一個溫度傳感器以及一個 SitePlayer 模塊。該工具包還包括取樣軟件和一個由圖形化按鈕、開關(guān)、LED及其它用戶界面工具組成的庫，用于輔助網(wǎng)頁開發(fā)。一個根據(jù)小型智能手機(jī)顯示器定制的交互Web網(wǎng)頁可使設(shè)計(jì)師在手機(jī)中無需特殊軟件的情況下創(chuàng)建一個嵌入式用戶界面。
藍(lán)牙的應(yīng)用
很多較新型的智能手機(jī)都內(nèi)置藍(lán)牙收發(fā)器，為的是與附近的設(shè)備（比如耳機(jī)、車載免提硬件、GPS 模塊、其它智能手機(jī)和PC）建立無線鏈路，實(shí)現(xiàn)相互同步。藍(lán)牙規(guī)范定義了大量協(xié)議子集，用以確定用戶情況，并改善制造商產(chǎn)品之間的互操作性。嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)師之所以對串行設(shè)備端口協(xié)議子集感興趣，是因?yàn)樗煞抡鎯蓚€對等設(shè)備之間的串行電纜連接。在通信距離約為10米和數(shù)據(jù)速率高達(dá) 128kbps時，虛擬串口可為用戶界面應(yīng)用系統(tǒng)提供足夠的性能。藍(lán)牙特殊興趣小組(Bluetooth Special Interest Group)最近宣布了藍(lán)牙規(guī)范的2.0版本，數(shù)據(jù)速率有所提高，功耗有所降低，以適應(yīng) CD 質(zhì)量的音頻流式傳輸、數(shù)字圖像傳送和激光打印等。雖然 IEEE 802.11 Wi-Fi 收發(fā)器可以提供距離更長的線路，但是鑒于IP電話線路可能分流其按分鐘計(jì)算的收費(fèi)，一些移動通信公司對于把這種功能包括進(jìn)來還有些猶豫。
Nokia 公司7710 智能手機(jī)基于最新的 Symbian Series 90 操作系統(tǒng)（圖 2）。它采用藍(lán)牙技術(shù)，并具有 65,536 色 640×320 像素橫向觸屏顯示器。該手機(jī)內(nèi)含一個集成的 1152×864 像素照相機(jī)、一個錄音器、一個視頻播放器、一個調(diào)頻收音機(jī)、一個Opera 網(wǎng)頁瀏覽器、一個MP3 音樂播放器、信息管理器應(yīng)用軟件、文檔查看器。電子郵件功能包括 SMTP、POP3、IMAP4和APOP。雖然該手機(jī)不包括硬件鍵盤，但屏幕鍵盤和手寫識別功能可使用戶很方便地輸入信息。用戶可訪問一部分內(nèi)部 RAM，并可利用插入式多媒體存儲器來擴(kuò)充之。Nokia 公司的7710可以在 GSM 網(wǎng)絡(luò)上工作，工作頻段是 900MHz、1800MHz 或 1900MHz,其售價約為 600 美元。
借助為 Palm Pilot 開發(fā)的數(shù)以千計(jì)的第三方兼容應(yīng)用軟件，PalmOne 公司最近推出的 Treo 650 智能手機(jī)既有流行 PDA 的所有功能，又有上網(wǎng)、電子郵件以及連接GSM 或 CDMA 移動通信網(wǎng)等功能（圖 3）。Rob Haitani 是 PalmOne 公司 Treo 智能手機(jī)和最初 Palm 用戶界面的產(chǎn)品體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師，他承認(rèn)自己迷戀科幻小說，他說：“當(dāng)我們設(shè)計(jì)第一種 Treo 智能手機(jī)時，其形狀系數(shù)與最初《星際旅行》電視連續(xù)劇中的通信器材相同。后來，免提電話模式使你可以站在那兒，像科克船長那樣講話。” 采用 312MHz Intel PXA270 處理器的Treo 650智能手機(jī)，可運(yùn)行 Palm 公司的 5.4 版操作系統(tǒng)。該手機(jī)還內(nèi)含藍(lán)牙收發(fā)器、QWERTY 鍵盤、MP3 播放器、VGA 數(shù)碼相機(jī)以及16位320×320 像素彩屏。一個集成的 Secure Digital I/O 插槽可以插入 2GB 插入式存儲器模塊以及條碼閱讀器或 GSP 傳感器等各種擴(kuò)展外設(shè)。Treo 650 的價格是 600 美元。它配備一塊可拆卸的鋰離子充電電池，從而可提供 5 個多小時的通話時間和兩周的待機(jī)時間。
Audiovox 公司的一種新型智能手機(jī)運(yùn)行Microsoft Windows Mobile Pocket PC Phone 2003 Second Edition操作系統(tǒng)。它具有一個可旋轉(zhuǎn)的 3.5 英寸 240×320 像素半透反射彩屏、藍(lán)牙功能、VGA 相機(jī)以及1490mAhr 鋰聚合物電池（圖 4）。QWERTY 鍵盤構(gòu)成了手機(jī)的背面，并可在需要輸入數(shù)據(jù)時滑下來。它的電腦部分是由 400MHz Intel PXA263 XScale 處理器、128MB RAM 和 64MB ROM 組成，工作于 Sprint 雙頻段 PCS 800MHz 和 1900MHz CDMA 網(wǎng)絡(luò)。Audiovox PPC-6601 的售價約為 630 美元。
手機(jī)代碼
Microsoft 公司的兩種智能手機(jī)開發(fā)平臺都基于 Windows CE。Pocket PC Phone 版本適合于為 Pocket PC PDA 編寫的 Microsoft 和第三方應(yīng)用軟件的大型程序庫，而較新的 Microsoft Smartphone 平臺的目標(biāo)則是以手機(jī)為中心的項(xiàng)目。鑒于電話和 PDA 的迅速融合，Microsoft公司 計(jì)劃把這些平臺整合在 Windows Mobile的產(chǎn)品名稱之下。同時，各種智能手機(jī)應(yīng)用軟件開發(fā)工具也令人眼花繚亂。Microsoft eMbedded Visual Tools 3.0 工具包包含一個集成開發(fā)環(huán)境以及為最初的 PocketPC 平臺開發(fā)軟件所需的各種工具。該工具包是完全獨(dú)立的，不需要 Microsoft公司 的 Visual Studio。設(shè)計(jì)師可以用 Visual C++ 3.0（圖5）為 Pocket PC 或 Smartphone 2002 手機(jī)開發(fā)各種程序，不過，等效的 2003 手機(jī)卻需要 eMbedded Visual C++ 4.0。最終，Visual Studio.NET 將成為所有基于 Windows Mobile 的手機(jī)的開發(fā)平臺。有關(guān) Microsoft 公司的工具、指南、應(yīng)用軟件樣本的詳細(xì)綜述可在 Windows Mobile Developer 中心獲得，該中心的網(wǎng)址是 www.microsoft.com/windowsmobile/developers。
雖然 Palm 操作系統(tǒng)開發(fā)工具比其它任何智能手機(jī)軟件供應(yīng)商提供的工具更加成熟，但該公司最近一分為二，這在新的開發(fā)商當(dāng)中造成了一些困惑。PalmOne 是 Palm 公司分離出來的硬件公司，而 PalmSource 則繼續(xù)生產(chǎn)Palm 操作系統(tǒng)，并與第三方開發(fā)商合作。然而，兩家公司網(wǎng)站都提供開發(fā)信息和工具。Palm OS 的非正式標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)工具是 Metrowerks CodeWarrior Development Studio。其最新的 V9.0版本可提供拖放式的表格設(shè)計(jì)程序、多處理器 C 編譯程序和 C++ 編譯程序、項(xiàng)目范例、調(diào)試程序以及Palm OS 5 軟件開發(fā)工具包。Palm OS 版CodeWarrior Development Studio 的價格是 399 美元，可從 MetroWerks公司 的網(wǎng)站上獲得。
有幾家第三方工具開發(fā)商提供了簡化應(yīng)用軟件在多種智能手機(jī)中的移植的應(yīng)用開發(fā)軟件。例如，AppForge 公司提供的 Crossfire，是 Microsoft 公司的 C#、VB.NET 或 Visual Basic 6.0 的附加軟件，用以簡化在主要的 Palm 操作系統(tǒng)（Symbian） 和各種 Windows Mobile 手機(jī)上運(yùn)行的應(yīng)用軟件的開發(fā)工作。設(shè)計(jì)師利用專門的移動控制器、程序庫以及可以直接插入 Visual Studio IDE 的模塊，就可創(chuàng)建 Crossfire 應(yīng)用軟件。AppForge 既出售Crossfire 以及30 多種標(biāo)準(zhǔn)控制器，又出售用于數(shù)據(jù)庫同步、條碼掃描、通信和通話的模塊和程序庫。Crossfire 應(yīng)用軟件要求一個運(yùn)行時客戶機(jī)駐留在每一個移動設(shè)備中。 AppForge 公司的董事長兼首席執(zhí)行官Gary Warren說 ：“Crossfire 把 Microsoft 的 C# 和 Visual Basic 語言轉(zhuǎn)變成真正的跨平臺開發(fā)環(huán)境，從而不管操作系統(tǒng)如何，均可使用我們的客戶開發(fā)應(yīng)用軟件，并使之用在世界上300多臺移動設(shè)備上。”AppForge公司的Crossfire的價格是每個開發(fā)人員席位為 1000 美元，每個運(yùn)行時客戶機(jī)外加 25 美元。
在我們所處的環(huán)境中，電腦化的設(shè)備數(shù)量不斷增加。智能手機(jī)具有為這些設(shè)備提供方便的便攜式用戶界面的必要性能。這些融合的移動式手機(jī)能把數(shù)據(jù)下載到本地存儲器，能運(yùn)行定制的應(yīng)用軟件，并能與多種產(chǎn)品進(jìn)行無線交互作用。這種便利性，再加上項(xiàng)目總成本的節(jié)省，應(yīng)該足以誘使設(shè)計(jì)師考慮在其下一項(xiàng)嵌入式設(shè)計(jì)中把智能手機(jī)用作用戶界面。
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