如果移动计算有一句格言的话,最可能的就是“与你同行”了。即使在1981年Adam Osborne发明Osborne计算机之前,计算机用户就已经希望能随身携带大型机、小型机和微型机的强大计算功能。25年来已经发生了很大的变化,你只需花二千美元就可以拥有更多更强大的计算能力,所有功能都可以在你掌心里实现。你也不需要到处寻找采用300波特率调制解调器的电话,数兆比特的蜂窝链路可以为你提供实时的连接性能。

        在这段时期内,手提式电脑让位于最轻只有0.91kg的笔记本电脑。接下来,Palm公司将手持计算设备推向了最前沿,而像微软这样的公司则力推尺寸稍大一些的平板电脑。所有这些设备都有两个共性,即便携性和通信能力。

        另外,在这个小型化的发展过程中,我们已经看到电池也在逐步改进,但改进幅度没有这一领域中其它大部分组件那样显著。业界正在采用低功耗处理器和闪存以使得系统能够连续运行数天甚至数周时间。另外,一英寸硬盘的出现正使得新一代移动计算设备比MP3播放器更普及。

        新一代移动计算设备的通信能力继续得到显著增强,主要是带宽和传输距离的提高。事实上,一些移动设备甚至配备了一个以上的通信系统。

        另一方面,数码相机标志着移动计算平台的一个值得注意的发展方向。它们的成本与系统其余部分相比起来基本上可忽略不计,而且正在从手机到平板电脑的所有移动设备中流行起来。

        下面让我们一起看一下移动计算领域中的一些最新进展。 
                               
             图1:Treo 700w开创了智能手机的先河,它集成了许多新功能,如无线宽带支持和130万像素数码相机。

触控笔成为新亮点

        键盘非常适用于文字输入,但对许多设备来说要占用很多宝贵的空间,这也是为什么触控笔会比键盘更受欢迎的原因。

        早在1995年,Zenith公司重1.45kg的CruisePad就将8.5英寸背光单色LCD屏幕和无线局域网(WLAN)组合在一起。该设备的计算能力只能用于连接网络、驱动屏幕和处理触控笔。

        2001年,微软推出了Tablet PC(平板电脑)。它比CruisePad大和重,但它是一个真正的移动计算设备。不过,虽然标榜具有革命性的变化,Tablet PC就像其它同类设备一样仍无法替代笔记本电脑。

        一些双用(convertible)笔记本电脑借用了平板电脑的外形,但对需要PC功能的用户来说键盘仍然是不可缺少的重要部件。尽管如此,平板电脑还是找到了许多重要的细分市场。

        Grayhill是专门针对公共安全、消防、建筑、运输和军事等领域提供定制移动计算设备的供应商之一。它的移动产品系列均以运行Windows CE的XScale处理器为核心。

        用户可以选择的特征包括外形尺寸、屏幕大小和分辨率、键盘功能性、无线支持、GPS支持、连接器和外设。不过最终的设计都属于坚固耐用型的系统,这是因为这些设备要安装在环境恶劣的现场。Grayhill一般来说还会提供定制应用软件支持。

        定制解决方案在生产数量达到100套以上时通常具有最佳的成本效益比。一般还会包含条形码和RFID(射频标签)扫描器这样的非标准外设。 
                           

图2:OQO公司的Model01+看起来像一个小的平板电脑,但是把屏幕滑上去就会露出一个小键盘,它运行Windows XP,具有与传统笔记本电脑一样的功能。

向手持设备演变

        Palm公司凭借着Palm Pilot开创了掌上型电脑/PDA(个人数字助理)市场。Research in Motion公司的BlackBerry PDA首次将无线连接技术集成进了手持设备。Palm公司的Treo开辟了智能手机市场。

        一些公司在围绕着Treo这样的设备建立联合通信基础设施。全球领先的医疗技术公司Medtronic就是这样一家公司,该公司提供起搏器等产品和服务,已为其两千余名职员配备了Palm Treo智能电话。该公司的职员可以使用这种智能电话完成各种任务,包括管理销售和采购订单、检查库存和产品规格,以及跟踪产品和服务的发送情况。职员能够方便地访问这些信息,将客户关系改善了差不多四成。

        Medtronic为Treo 650配备了大量标准和定制应用程序。例如Good Technology公司的GoodLink可以提供集成的电子邮件和日历支持,通过其集中式企业管理功能,IT部门能够远程地管理安全和服务。另外,IT部门还可以使用Treo的SMS功能向职员发送表格和调查,发送方便并且用户回复也快捷,使得平均用户回复率提高了20%~30%。

        Palm公司的企业营销副总裁Tarra Griffen指出,Medtronic使用了大量的标准和定制应用程序。Medtronic公司的起搏器部门采用了其中一个定制应用程序来跟踪人体内安装的起搏器,这可以确保接受移植的病人能够移植到合适的起搏器。

        Treo 700w是最新版的Palm智能手机产品(图1),它支持312MHz的XScale处理器,可运行Windows CE的版本之一Windows Mobile 5.2.2 Pocket PC版本,还配备有128MB的闪存、一个240×240像素的显示器和一个全功能QWERTY键盘。

        在无线方面,Treo 700w支持数字蜂窝、蓝牙和cdma2000 EvDO。此外,它还能用作MP3播放器和130万像素的数字照相机,其扩展槽支持MMC、SD或SDI卡。

         操作系统(如Windows CE)在降低移动设备的功耗等方面通常起着决定性的作用。目前主流的操作系统主要有PalmOS、Symbian、Windows CE和Linux四种,而Symbian OS应用最广泛。Symbian是一个实时性、多任务的纯32位操作系统,具有功耗低、内存占用少等特点。微软的Windows Mobile是后起之秀,它包括Pocket PC、Smartphone以及Media Centers三大平台体系,面向个人移动电子消费市场,不过,由于大多数机型支持彩色显示,因此耗电量极大。Linux应用在移动手持设备的时间也不长,但Linux具有开放的源代码,能够大大降低成本,另外可方便设备制造商开发自己的操作系统。不过,Linux操作系统入门难度高、熟悉其开发环境的工程师少、集成开发环境较差。曾经在PDA市场独霸一方的Palm OS如今已风光不再,最近在爱可信的有意推动下,Palm OS有向Linux阵营靠拢的趋势。

        许多用户希望获得台式机或笔记本电脑的全部功能,OQO为了满足这种需求推出了4.9×3.4英寸Model 1+,它内置有蓝牙和802.11b(图2)。

        Model 1+使用一个新型的带小型键盘的滑盖式显示器。对Linux和Windows XP等操作系统来说键盘是很关键的一个组件,因为大多数应用需要经常使用键盘进行输入。软键盘和基于触控笔的文字识别通常是大多数用户的第二个选择。

        OQO公司高级企业行销经理Baochi Nguyen从OQO用户那里得到了不少有趣的发现。首先,基于网络的应用程序在小屏幕上工作得很好,因为网页可自行调整尺寸,而Windows应用程序通常是为台式机的1024×768分辨率设计的,这会影响公司关于是否需要修改应用程序以更有效地用于小系统的决策。其次,约400g重的Model 1+更多的时候是与其键盘一起使用的。

        这种0.454kg重的“掌上机”市场已经起起落落很多次了。Poqet没有坚持下来是因为它相比全尺寸或紧凑型笔记本电脑来说价格太高而性能又较低。不过,FlipStart填补了这个空白,它比Poqet还小,但它可以运行Windows XP。FlipStart拥有30GB的硬盘、1GHz的处理器,并支持802.11b/g WiFi,所有参数都类似于OQO Model 1+。FlipStart还增加了130万像素的照相功能。

         这种设备去除键盘后在游戏和最新的个人视频平台领域大受欢迎。事实上,微软的Ultra-mobile PC(UMPC)就试图使这种设备正式化。微软公司认为,汽车导航系统、数字电视调谐器甚至网络照相机等设备都可以受益于UMPC。与早期采用Windows CE的解决方案不同,UMPC运行支持触控笔的Windows XP。

        坚固耐用是便携式产品的另外一个重要特征。便携式产品相比摆放位置固定的同类产品来说更容易受到损坏,再加上移动设备中更紧密的硬件集成,因此维修成本有显著的增加,而且也会影响到产品的可用性。

        因此,我们已看到市面上出现了各种加固型的系统,因此,我们已看到市面上出现了各种加固型计算设备(rugged computing)。只有当计算设备耐受得了旅途的颠簸时才能将它随身带到户外恶劣环境中,加固型计算设备最适用于这种环境,它不过是将笔记本电脑装到一个金属盒子里。

        例如Rugged Notebook公司的Rough Rider Max,这款采用防水、防震和防尘设计的笔记本电脑通过了MIL-STD-810F军事环境测试,其14.1英寸屏幕在太阳光下也能清晰地显示,它甚至还提供触摸屏。

        该系统配备高达2GB的双数据速率SDRAM,以及带有400MHz前端总线的1.6GHz迅驰移动处理器,并提供无线通信选择。最顶级的加固型计算系统还为键盘加了一层防水膜。

        即使从3英尺高的高度跌落到一块钢板上,该系统仍安然无羌,而且还能在非常浓的盐雾环境中至少持续工作两天。不过,千万别拿你的普通笔记本电脑来做试验。

        不过,市场上也有大量特殊用途的设备。例如,Two Technologies公司的Jett*eye集成了数字摄像机和条形码阅读器,内置624MHz、运行Windows CE的Intel PXA270 XScale处理器(图3)。Jett*eye自带的320×240像素触摸屏可以在阳光下清晰地阅读。该设备还具有无线连接功能。 
                                       

图3:Jett*eye支持蓝牙和802.11b,并将条形码识读器、500万像素数码相机集成在这个特别的手持PC内,它由Two Technologies公司开发,运行Windows CE 5.0(左);

微型扩展

        更小更轻的元件有助于便携式设备尺寸继续缩小。尽管如此,外部扩展仍然限制了这些设备的尺寸。手持设备经常使用基于大型标准PC连接器的笔记本电脑连接器,而外形更小的新型连接器和插座有利于人们获得更小更轻的设备。

        USB在缩小尺寸中起了重要作用,因为它可以使用外部扩充集线器。USB 2.0的480Mbps带宽也是USB取得成功的重要原因。USB OTG允许将一个连接用作主机或设备接口。迷你USB连接器有助于减小系统尺寸,即使是蜂窝电话也带USB接口。

        USB连接器也可以供电,因此如果想充分发挥这种技术的优势,可以通过USB接口为便携式设备的电池充电。苹果公司的iPod就是很好的例子。

        采用像Newnham Research公司的USB-NIVO这样的新技术,可无需使用扩展底座或视频输出连接器。USB-NIVO是一种带USB接口的VGA适配器,它的视频驱动器看起来就像其它任何便携设备操作系统的视频接口一样。区别就在于驱动器的帧缓冲器不直接用来驱动显示器。

        相反,视频信息通过USB连接送往外部USB-NIVO,再由USB-NIVO自带的硬件帧缓冲器驱动连接在外部适配器上的显示器。驱动器和适配器之间的通信数据是经过压缩的,只有变化的数据才反映到屏幕上,从而进一步减少了所需的USB带宽,可以留出足够带宽供其它USB设备甚至另外一个USB-NIVO设备使用。 

        其它一些扩展机制也在修改中。许多非常小的设备已经从CompactFlash转换成SD卡格式,扫描仪、网络适配器和无线适配器只是这种小外型设备中的一些部分。主要用于笔记本电脑的PCMCIA卡更大,其替代产品ExpressCard也仍属于PCMCIA范畴。ExpressCard比原来的PCMCIA卡更小、更快也更灵活。ExpressCard一般集成有一个USB 2.0接口和/或一个x1 PCI Express链路。

        ExpressCard对智能电话来说仍显得大了些,不过它可以在掌上设备中找到用武之地。用作连接器时ExpressCard与PCMCIA相比还有一个额外的优势。PCMCIA的插座和支持电路很大也很昂贵,而ExpressCard的开销只是其更小的插座,因为USB和可能需要的PCI Express硬件支持已经是便携式设备的标准配置。ExpressCard产品最近才开始在市场上普及。Novatel公司的宽带无线适配器可以满足EV-DO、EV-DO Rev.1和HSDPA等无线服务需求(图4),就像许多最新的Express-Card器件那样,它们使用USB连接。这些扩展卡在设备外面进行扩展,因为高性能连接需要一个外部扩展天线。

        无线扩展(特别是通过蓝牙的无线扩展)是一种比USB和ExpressCard等有线连接更紧凑的扩展方式。最常用的是提供大键盘和鼠标接入,与微型内置键盘相比可提供更便捷的数据输入和编辑能力。

        便携式计算能力和功能性还在不断改进,设备外形也在不断缩小。由于要保持小尺寸,人们仍需要做出一定的折衷,但便携式设备的性能肯定会把更多的人从笔记本电脑那边吸引过来。

作者:William Wong,嵌入式/系统/软件编辑,《Electronic Design》