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掌上电脑的特征界定和开发思考

归档日期:06-11       文本归类:掌上计算机      文章编辑:爱尚语录

  掌上电脑从基本结构和工作原理上来说和通用计算机没有基本原理上的区别,但又不同于通用计算机,包括与笔记本式计算机也有着很大的区别。现在许多笔记本电脑也比较小,但两者的定位是不同的。掌上电脑的输入,多采用笔输入,更适合大众使用,但未必能快速地大量输入。掌上电脑要有文字编辑功能,却不需要这样强大的功能,简单地说,掌上电脑必须简单实用而小巧。另外,笔记本式计算机的尺寸虽然大大地小于台式微机

  掌上电脑与普通电脑相比,它的硬件资源非常有限,不要说没有海量存储的硬盘,就是所配RAM容量也不能与目前的台式机相比。掌上电脑为了便于随身携带和方便移动使用,体积和重量必然要受到很大的限制,供电方式也以电池供电为主,因此要求对整机的功耗必须进行严格控制。

  小巧轻便,美观省电,简易好用,立即操作,使用方便是掌上电脑在硬件或软件设计上的首要考虑,操作要比一般PC容易,就如同移动电话一样,当拿起移动电话时,就希望能马上拨、接(电话)。同样,掌上电脑这种手持式电脑也要求在用户想用时,就能立即使用,不必像PC那样必须等待长达几十秒甚至几分钟的开机或关机时间;同时还要让用户可以轻易上手,学习的难度要低。掌上电脑不可能在小小的机身上还装个一百多键的键盘,因此其外表就要简单、清爽,操作上也要力求简便,最好使用手写输入法,或语音输入法;人机界面也必须能让用户马上看到想要的资料或上次关机的画面。这又是掌上电脑一大特点。

  掌上电脑的英文意思是“个人数字助理(PDA)”,强调个人的隐私,加上自身的大小必须容易携带,因此在整体设计上,要比PC更强调“个性化”,就像现在年轻人喜欢在手机上加些吊饰,贴些贴纸,向人们宣告:这是我的手机!掌上电脑也是这样,掌上电脑的设计必须能让用户感觉到“这就是我个人专用的掌上电脑,可以根据自己的需要安装想要的程序,订阅个人感兴趣的电子报,比如想看哪些新闻,就订阅哪些,就算看到广告,也必须是喜欢看到的广告,它可以根据用户所填写的资料,直接提供用户所感兴趣的广告,非常实用。掌上电脑上的信息本来就应该是这样“精确个人化”的信息。

  掌上电脑硬件系统一般因体积和耗电的原因都采用低功耗的芯片系统,因而PC机中的80x86系统不适用。软件系统一般采用小型实时多任务嵌入式操作系统,因而PC机的操作系统更不适用。

  所以可以说,掌上电脑系统是一种完全不同于已有的PC系统的新型个人信息设备,它具备以下6个特征:

  ·具有良好的人机界面和输入方式,操作简单,使用方便,最好能以笔或语音输入;

  上面所谈到的6个特征,主要是从用户的角度观察掌上电脑所得到的结果,而更能反映掌上电脑本质的是其软硬件系统的结构和组成。

  掌上电脑的系统基本软硬件结构为: CPU、存储器系统、输入电路系统、输出电路系统、通信电路系统、无线通信系统、扩展接口电路系统、电源管理电路系统和基本输入输出(BIOS)系统软件、实时操作系统软件(RTOS)、内存管理系统软件、文件管理系统软件、数据库系统软件、输入系统软件、输出系统软件、通信系统软件、无线通信系统软件、扩展接口电路系统软件、电源管理系统软件等。

  掌上电脑的一般基本软硬件组成结构可粗略表示如图1。下面简述部分重要组成的设计考虑。

  掌上电脑的心脏,控制着整个系统的运作。掌上电脑一般都采用低功耗8位、16位或32位的微处理器。这类处理器的工作电压一般为3V左右,甚至更低,并与许多外部接口控制的逻辑单元集成在一起,比如将存储器控制单元、LCD显示控制器或LCD驱动电路、串行通信控制器、A/D和D/A转换器、红外通信电路、手写板电路、ROM、SRAM等都集成到同一块芯片中。如此一来,一方面可满足对整机体积的限制,另一方面也可使整机功耗大为减小以及大大的降低价格。

  在掌上电脑中保存程序和数据的部件系统,一般由三或四种类型存储器组成,即SRAM、ROM、Flash ROM或EEP ROM。一般都将SRAM、ROM、FlashROM或EEPROM尽可能做在CPU芯片中,这样对减小体积和成本,特别是降低功耗都有极大的好处。

  PC机中使用的存储器系列并不适用掌上电脑,因其是动态存储器,需不停的刷新,功耗太大。掌上电脑一般也没有硬盘和软盘系统,因体积和功耗及抗震等方面的原因而不适用。

  主要包括小键盘、触摸屏或手写板及语音输入。在掌上电脑中完成输入命令、数据、字符和图形的功能。采用以上输入方式主要是为了满足掌上电脑减小输入设备体积和降低成本的要求。并且由主CPU管理,而不是象PC机那样用一专用的单片机来管理键盘。

  由于采用了触摸屏或手写板及语音输入的方式,带来了不少的新问题,比如高效短小的字识别算法和程序,低成本高可靠、长寿命的触摸屏或手写板及语音输入电路等问题。

  主要为LCD显示屏和语音输出系统,在掌上电脑中主要完成输出命令、数据、字符、图形及声音的功能。采用LCD显示屏显示方式主要是为了满足掌上电脑减小输出设备体积和低功耗的要求。同时微型高效高保真度的扬声器也是有其特殊要求的。而PC机中广泛使用的CRT显示器和扬声器,因体积和功耗太大,无法满足掌上电脑的使用要求,非常不适用。

  目前,已有柔性(即塑料)型的LCD显示屏,更出现了显示时不耗电的LCD显示屏。

  通信电路系统使掌上电脑可以借助通信网络系统来达到信息和资源的传递及共享,组成服务器/掌上型客户终端系统。这是计算机系统的必然发展的方向,也是掌上电脑今后得以大规模发展的最重要原因和特点。目前,掌上电脑的通信系统可以通过有线、红外或无线方式完成传送BP机传呼、股票、短信息等商业或娱乐信息,更可连接互联网完成浏览和收发电子邮件等功能。

  掌上电脑在应用时,经常会遇上功能的扩展要求。比如I/O口的扩展,以便与扩展的外部设备连接,增强掌上电脑的功能。像增加微型通信modem、微型硬盘、打印机等功能。

  其次要解决的就是存储器扩展的问题。虽然掌上电脑内部带有一定的存储器,但对某些应用就不够用了。因此,需要从外部进行扩展,以增大存储器的容量。扩展存储器接口电路,一般都采用存储器并行接口电路,也有采用存储器串行接口电路的。一般多采用CF卡、MS(SONY)卡和SM(东芝)卡系统。

  为了满足以上的要求,必需能够通过多种技术途径来进行功能扩展。因此,扩展接口电路系统也是掌上电脑中的一项比较重要的组成部分。

  它与PC机中的扩展槽有着极大的不同,要求体积和外型要非常的小巧可靠,制造难度也大得多。

  电源管理电路系统在掌上电脑中是一个非常重要的部分,它直接关系到电池及整个系统正常可靠工作时间的长短。电源管理电路系统工作的好坏直接关系到电池使用时间长短和整个系统正常可靠工作的问题。电源管理电路一般包括电源电压的检测、调度、升压和稳压电路。好的电源管理系统(和电源管理软件一起)可以延长多达几倍的电池寿命。已有一些掌上电脑因耗电过大而夭折。在掌上电脑中既使用整流电源供电,也需要电源管理系统进行电源的切换管理和过压、过流及反向电压保护。同时又要求电源管理电路体积要小,自身耗电也要小。

  主要用来管理掌上电脑的基本输入输出电路系统及外部电路的正常工作和管理系统功耗的。并提供一些基本输入输出功能的程序调用。如基本时钟中断子程序、进程切换子程序、键盘输入子程序、LCD液晶屏显示子程序和电源管理等。是硬件和软件之间最底层的软件系统。

  与PC机的BIOS系统相比,它要求短小精干,不需要复杂的自检测功能和BIOS设置等功能。

  是掌上电脑中最关键的系统软件,它管理整个系统的各种资源,使系统正常运作。但更重要的是提高系统的可靠性及实时性,避免PC机中频繁发生的“死机和非法操作”及中断响应慢等现象。因此在掌上电脑中一般采用小型实时多任务操作系统,以便能在慢速CPU的情况下快速响应用户的操作。实时操作系统是指具有实时性,即最短的中断响应时间,又能支持实时控制系统工作的操作系统。掌上电脑中实时多任务操作系统的首要任务是调度一切可利用的资源完成实时任务切换,最常用的实时调度算法是事件发生率单调算法,其次才着眼于提高计算机系统的使用效率。最重要特点是要满足对时间的限制和要求,即对响应时间有严格的要求。

  与PC机中的Windows操作系统有着极大的不同,首先是要求目标码要小,小于几百K字节以下,而不是几十兆或几百兆字节。对中断响应要快,最长不能超过几微秒级,而不是像PC机最长达到几毫秒或几十毫秒。

  在掌上电脑中内存管理软件系统是一项重要的系统软件,因为在掌上电脑中内存一般都比较小(与PC机相比)。因此内存是一种非常宝贵和有限的资源,必须仔细优化管理和利用。内存管理软件系统的基本功能是跟踪哪些存储器正在被使用、哪些存储器空闲着,当进程需要时为它分配存储器、当进程使用完后为它释放存储器。必要时也要管理外部存储器或外设的分配工作。

  但不像PC机中有那样复杂的虚拟存储器管理。在掌上电脑中不采用虚拟存储器概念,因管理太复杂。而主要还是采用存储器块的管理方式。

  主要是按文件的方式管理系统和用户的有效数据。特点是系统和用户的有效数据一般都在ROM或Flash ROM中,也有在外部存储器或网络中的。因此,跟PC机中文件主要存放在硬盘中的管理有着很大的不同。在掌上电脑中文件系统软件正在逐步被嵌入式数据库系统软件所代替。

  主要是管理存放在SRAM、ROM或Flash ROM及网络中的系统和用户数据。因为系统和用户的数据一般都在SRAM、ROM或Flash ROM中,由于内存小和CPU速度慢,因此,数据的结构和压缩算法及查找算法和数据库的微型化非常关键,必需采用特殊的数据结构、算法及数据库的精简技术。嵌入式数据库系统以其在移动计算以及无线网络数据保存和管理方面的独特优势,即特有的移动性和微型化以及个性化,进入了掌上电脑之中,将逐步取代文件系统,并向传统的数据库系统提出了新的挑战。

  在掌上电脑中负责输入设备的管理。在掌上电脑中一般没有PC机中的大键盘和鼠标,只有小键盘、触摸屏或手写板,并不带专用CPU,而是共用主CPU,而且只能工作在中断方式中,为了减少CPU的工作时间,以达到降低CPU的功耗。因此输入软件系统的编制有自己的特点和难度,例如手写汉字的快速正确识别等。

  在掌上电脑中负责输出设备的管理。在掌上电脑中没有PC机中的大屏幕显示器和打印机,只有小的LCD显示屏和简单的发声电路。它的输出软件有着极大的特殊性,例如LCD显示屏小和喇叭小、发声效率低等问题。如何安排显示画面和提高显示刷新速度及声音文件的压缩和得到失真小效率高的发声算法及程序。

  在掌上电脑中管理红外和无线通信的软件,特别是无线电通信有BP机、手机和FM广播等系统。与PC机中的通讯软件系统有着很大的不同,如要小巧、高效等。因掌上电脑中的CPU速度低和内存小,要实现一些协议和算法是有极大的困难的,需要大量的研制开发工作。

  通信Modem和无线卡、微型硬盘、打印机、I/O扩展口等外设的驱动及管理软件,管理通信Modem和无线卡、微型硬盘、打印机、I/O扩展口等外设。还有外部扩展存储器的管理软件,在掌上电脑中管理并行和串行的外部扩展存储器。扩展接口电路软件系统是掌上电脑系统软件中的一项比较重要的组成部分。与PC机中的扩展接口软件有不小的差异,要求快速和小巧可靠。

  在掌上电脑中管理整个系统的电力调度和管理工作,编制好的电源管理软件系统可以使整个系统节省高达几倍以上的电能。实现零功耗管理。

  提供给用户直接使用的软件,主要有记事本、字典、万年历、股票机等应用软件。■

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