以上述處理器芯片為主,添加必要的外圍電路并配合相應的少量外設,就可以非常方便地設計出功能強大的ＨＰＣ產品。我們設計的基本硬件構成框圖如圖１所示。該框圖是一個ＨＰＣ的全方位解決方案。對其外圍電路進行修改,就可以設計出針對不同要求,提供不同功能,處于不同價位的各款數字終端產品。
２ ＨＰＣ中集成無線收發(fā)模塊并接入ＷＡＰ服務
應該說,在掌上電腦中加入無線收發(fā)模塊將是大勢所趨,也是ＨＰＣ發(fā)展進入一個新階段的標志�？梢哉f,哪個生產廠家能率先在這方面取得突破,誰就能在ＨＰＣ上取得先機,占領市場。目前絕大部分的掌上電腦都不具有無線收發(fā)模塊,
需要連接電話線或手機才能接入網絡,瀏覽信息。即使是一些帶有無線模塊的手持設備,如摩托羅拉的寶典８２８掌中網機,也只可以進行單向的無線接收。參照ＧＳＭ手機的設計,我們可以在掌上電腦中集成無線收發(fā)模塊,其初步方案如圖２所示。用戶能通過掌上電腦連接到ＧＳＭ移動電話網,再接入到Ｉｎｔｅｒｎｅｔ上,真正實現帶有移動通信功能的掌上電腦。掌上電腦要求小型化、省電、高可靠性,所以無線模塊部分的芯片需采用專用集成電路。這里面還要考慮到電磁干擾的屏蔽和硬件電路的小型化�，F在一般的掌上電腦都具有錄放音的功能。如果加入了無線收發(fā)模塊后,我們就可以利用原有的音頻編解碼電路和無線模塊連接起來,提供類似手機的無線語音通信功能,撥號可以通過觸摸屏來完成。設計方案如圖２所示。
ＷＡＰ(Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ)就是"無線應用協議"之意。ＷＡＰ由Ｅｒｉｃｓｓｏｎ、Ｍｏｔｏｒｏｌａ、Ｎｏｋｉａ、Ｕｎｗｉｒｅｄ Ｐｌａｎｅｔ四家公司發(fā)起,并組建了所謂的ＷＡＰ論壇�，F在其會員已包括像Ａｌｃａｔｅｌ、ＡＴ＆Ｔ、西門子、英國電信、法國電信、貝爾大西洋、貝爾南方等這些大公司。ＷＡＰ 論壇的成員擁有全球手機市場９０％ 以上的份額,并代表著超過１億訂戶的電信公司、領先基礎設施提供商、軟件開發(fā)商和向無線行業(yè)提供解決方案的其他機構。
ＷＡＰ是面向目前的無線設備和窄帶網設計的。ＷＡＰ最主要的特點是將一系列統(tǒng)一的協議規(guī)范引入到無線網絡中,而不管底層的空中接口標準的差異。在Ｉｎｔｅｒｎｅｔ開放原則的指導下,ＷＡＰ的規(guī)范可以適用于ＣＤＭＡ、ＧＳＭ、ＩＳ－１３６及未來的第三代系統(tǒng)。ＷＡＰ應用將適用于不同的傳輸載體和設備類型,它的目標是允許各種無線設備接入豐富的信息資源和應用。ＷＡＰ的設計原則是盡量少利用手持設備的資源,ＷＡＰ的經過精簡的ＨＴＭＬ叫做ＷＭＬ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｍａｒｋｕｐ Ｌａｎｇｕａｇｅ,無線標識語言）,可以將重要信息顯示在微小的ＬＣＤ屏幕上。
現在支持ＷＡＰ標準的廣泛程度是令人吃驚的--手機廠商、服務提供商、軟件開發(fā)商和內容提供商都支持該標準。去年年末,甚至微軟也采納了該標準,它發(fā)布了用于無線設備的Ｍｏｂｉｌｅ Ｅｘｐｌｏｒｅｒ,這是一個主要基于ＷＡＰ的瀏覽器。雖然第三代移動通信系統(tǒng)（３Ｇ）可以為多種移動多媒體Ｉｎｔｅｒｎｅｔ應用提供高速的寬帶數據通信平臺。但在ＷＡＰ設計時面臨的限制如時斷時續(xù)的覆蓋、小顯示屏、低功耗、承載業(yè)務和設備的廣泛性、單手操作等在３Ｇ網絡中依然存在。同時未來的系統(tǒng)即使帶寬增加,帶寬的成本也不會降到零,而且用戶帶寬也不斷在增長,這意味著在無線環(huán)境下仍需要優(yōu)化使用設備和網絡資源。所以伴隨著移動通信技術的發(fā)展,不斷完善的ＷＡＰ很有可能成為用于數字移動電話和其他無線終端設備的無線信息與電話服務在事實上的全球標準。
加入無線收發(fā)模塊后,再配合相應的軟件,ＨＰＣ就可以接收基于ＧＳＭ的ＷＡＰ服務了。由于現在掌上電腦的ＣＰＵ速度夠快,所以執(zhí)行這些軟件應該是不成問題的。目前無線上網大多是通過手機實現的,其中功能較為強大的典型代表是摩托羅拉的Ａ６１８８。但手機不甚強大的ＣＰＵ、較小的內存、較小的顯示屏和非常有限的負荷能力等都制約著它作為上網終端的廣泛使用。和手機相比,掌上電腦在這一方面卻能凸現其特有的優(yōu)勢：功能強大運行速度高的ＣＰＵ、較大的內存、相對于手機的大屏幕彩色顯示以及易于操作的觸摸屏等。另外ＨＰＣ有限的功能也通過加強無線接入網絡的能力得到了彌補。
３ ＨＰＣ中加入ＧＰＳ模塊
在掌上電腦增加ＧＰＳ接收機功能模塊,可構成帶有隨身定位功能的掌上電腦。使用帶有無線通信功能的掌上電腦,采用全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（ＧＰＳ）,配合地理信息系統(tǒng)（ＧＩＳ）、智能監(jiān)控決策（ＩＭＤ）軟件,利用專用通信網或全國聯網的ＧＳＭ移動通訊網向上級管理系統(tǒng)回傳位置信息,從而實現智能化移動定位導航系統(tǒng)。為實現ＧＰＳ導航定位功能,在掌上電腦內部需增加ＧＰＳ衛(wèi)星接收、信號處理等功能模塊。目前,由于ＧＰＳ技術已經相當成熟,各廠家生產的ＧＰＳ信號處理的功能模塊也比比皆是。主要廠家有：ＳＴ、Ｍｏｔｏｒｏｌａ、Ｐｈｉｌｉｐｓ、Ｍｉｔｅｌ等。在掌上電腦中,由于其可移動性,必須滿足體積與功耗的要求。
掌上電腦中集成ＧＰＳ接收機的設計框圖如圖３所示,由ＧＰＳ射頻前端、相關接收機、數據處理等組成。射頻前端由天線、低噪聲前置放大器、頻率綜合、下變頻器、ＡＧＣ電路及二進制量化電路構成。由于所有的ＧＰＳ衛(wèi)星都使用相同的Ｌ１頻率１５７５．４２ＭＨｚ,粗捕獲碼（Ｃ／Ａ碼）,對于多個衛(wèi)星而言,只需要一個射頻模擬通道。在射頻前端完成Ｌ１信號的數字化后,送給相關接收機以作數字基帶信號處理。在相關接收機中,由模擬信號恢復出要接收的衛(wèi)星信號編碼。并按照每顆衛(wèi)星的不同編碼獨立選擇各衛(wèi)星的信號進行采集,最高可以同時跟蹤１２顆不同的可視衛(wèi)星。相關處理的結果形成積累數據,傳送給微處理器以提取廣播衛(wèi)星數據（導航數據）并控制軟件信號跟蹤環(huán)。
微處理器在獲得導航數據后,就可以根據需要在液晶顯示的ＧＩＳ向量地圖上進行各種標記,包括當前位置、運動軌跡、日期時間等,這些工作都是在應用軟件的控制下實現的。
為了增加系統(tǒng)的可靠性,我們在使用美國ＧＰＳ系統(tǒng)的同時,還考慮增加對俄羅斯ＧＬＯＮＡＳＳ系統(tǒng)的支持。將來還要針對我國自主建立的定位系統(tǒng)"北斗１號"進行支持。
４ 短程無線連接技術Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ的應用
所謂藍牙（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ）技術,實際上是一種短距離、低成本的無線連接技術,是一種能夠實現語音和數據無線傳輸的開放性方案。于１９９８年５月,
由瑞典Ｅｒｉｃｓｓｏｎ、芬蘭Ｎｏｋｉａ、日本Ｔｏｓｈｉｂａ、美國ＩＢＭ和Ｉｎｔｅｌ公司等五家著名廠商在聯合開展短程無線通信技術的標準化活動時提出。這五家廠商還成立了藍牙特別興趣組（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ ＳＩＧ）,盡力使藍牙技術能夠成為未來的無線通信標準。
藍牙技術產品是采用低能耗無線電通信技術來實現數據傳輸的,其傳輸速率最高為每秒１兆,以時分方式進行全雙工通信,通信距離為１０米左右,配置功率放大器可以使通信距離進一步增加。其頻率被定在２．４５ＧＨｚ這個頻帶上,該頻帶是一個在工業(yè)、科學研究及醫(yī)學領域都開放的頻帶,不被各國法令、法規(guī)限制使用。
使用Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ技術可以實現輕松的即時連接。它可以讓鄰近的設備通過置于微芯片的小型無線電收發(fā)器實現通信。與紅外線技術相比,采用Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ的設備不需要相互對準,可以繞過物理障礙傳送數據到一個或多個設備。利用藍牙技術,能夠有效地簡化掌上電腦、筆記本電腦和移動電話手機等移動通信終端設備之間的通信,也能夠成功地簡化以上這些設備與因特網之間的通信,從而使這些現代通信設備與因特網之間的數據傳輸變得更加速迅速高效,為無線通信拓寬道路。其實際應用范圍還可以拓展到各種家電產品、消費電子產品和汽車等信息家電,組成一個巨大的無線通信網絡。
Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ ＳＩＧ的活動,得到了全球業(yè)界的鼎力支持和大力協助,其成員企業(yè)已經達９３０家。１９９９年下半年,著名的業(yè)界巨頭Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ、Ｍｏｔｏｒｏｌａ、３Ｃｏｍ、Ｌｕｃｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ與藍牙特別小組的五家公司共同發(fā)起成立了藍牙技術推廣組織,從而在全球范圍內掀起了一股"藍牙"熱,使藍牙技術呈現出極其廣闊的市場前景。目前已經有１５００多家廠商宣布支持這個標準。
在掌上電腦上集成Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ芯片,提供和其他數字終端進行信息同步、備份的功能,甚至可以替代紅外線在各種數字設備之間方便地交換信息,還可以在小的空間范圍內方便地組建無線局域網。還可以配備相應的藍牙耳麥,以無線方式和ＨＰＣ之間交換信息。
５ ＨＰＣ中使用智能卡
智能卡（ｓｍａｒｔ ｃａｒｄ）在外形上和磁卡（ｍａｇｎｅｔｉｃ ｃａｒｄｓ）相似,但它和磁卡的一個關鍵區(qū)別是不易被仿制。智能卡具有自己的微處理器（８位ＣＰＵ,主頻５～１０ＭＨｚ）,ＲＡＭ,ＲＯＭ和ＥＥＰＲＯＭ,ＲＯＭ用于存放操作系統(tǒng)、加解密算法模塊等,ＥＥＰＲＯＭ中存放有關用戶的個人化參數和數據,ＥＥＰＲＯＭ中的數據只能通過智能卡中的操作系統(tǒng)來訪問,外部應用程序不能直接訪問這些數據。這樣,智能卡中個人化的參數數據從硬件上就實現了保密性。加密型智能卡具有硬件安全措施,可控制智能卡內某些存儲區(qū)的讀寫特性。如果試圖解密,這些區(qū)將自鎖,即不可進行讀寫操作,使智能卡無法復制,所以智能卡中的數據絕對安全可靠。智能卡的ＥＥＰＲＯＭ可以被劃分成不同的存儲區(qū),以保存不同類型的數據,可以做到一卡多用。
如果在ＨＰＣ中加入ＳｍａｒｔＣａｒｄ（ＳＩＭ）卡接口,就可對通信數據進行加解密,使無線數據通信安全、可靠,同時進行用戶的身份認證。這樣掌上電腦就可以用來進行網上金融活動,如網上交易、網上炒股等,還可以用于對接收有償信息的收費管理。
６ 語音識別輸入技術在ＨＰＣ上得以使用
用戶不斷地要求所用的裝置更小、更輕便同時又更易于使用,能解決這三方面問題的一種可行技術就是語音識別。這種技術由于清除了傳統(tǒng)的輸入器件,故具有更小和更輕便的特點。以往由于ＨＰＣ硬件上特別是ＣＰＵ速率的限制,語音識別輸入在ＨＰＣ上還未得到廣泛的使用。語音識別輸入的實現可以在ＨＰＣ處理器功能足夠強大時用相應的軟件實現,也可以使用專用芯片在ＨＰＣ上增加一個功能模塊。前者對ＨＰＣ硬件配置的要求較高,如處理器的速度和存儲器的容量等,所用軟件的典型代表是比利時Ｌ＆Ｈ公司的ＡＳＲ系列,軟件大小在１Ｍ左右。后者則通過專門的ＤＳＰ芯片來完成語音識別輸入過程中的所有運算工作,不會加重ＨＰＣ主處理器的負擔。這種專用的語音識別芯片現在已經有多種產品出現了。如ｓｅｎｓｏｒｙ公司的語音識別芯片系列,內部采用神經網絡技術來識別訓練過的單詞或短語,準確度高于９９％。并且芯片高度集成化,減少了所需外部元器件的數目�？梢钥焖俸头奖愕厍度氲浆F存的和新設計的產品中,適合用于多種需要語音控制的消費產品。
語音識別技術以識別方法來分,有模板匹配法、隨機模型法和概率語法分析法。這三種方法都屬于統(tǒng)計模式識別方法。
它的識別過程大致如下：首先選定語音的特征作為識別參數的模板,然后用一可以衡量未知模式和參考模式（即模板）的似然度的測量函數,最后選用一種最佳準則及專家知識作為識別策略,對識別候選者作最后判決,得到最好的識別結果在識別系統(tǒng)上輸出。以說話人來說,分為語音從屬（ｓｐｅａｋｅｒ－ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ）模式和語音獨立（ｓｐｅａｋｅｒ－ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ）模式。語音從屬意味著必須有培訓系統(tǒng)而且通常它只可識別培訓系統(tǒng)的人所講的詞。語音獨立系統(tǒng)則可識別幾乎所有講話人的詞。從目前水平來看,語音從屬模式下的模板匹配法用得比較廣泛。
語音識別技術在ＨＰＣ上的使用,不僅可以通過聲音命令來控制ＨＰＣ,還可將輸入的聲音轉換為文本,使得用戶就能用聲音口述需要輸入的文本。這樣用戶就可以用聲音輸入取代笨拙的觸筆和（移動電話使用的）鍵盤輸入。語音識別功能,將是促使掌上類設備興盛的關鍵因素之一。如果再加上語音合成輸出功能,就可以在ＨＰＣ上實現書面語言和口頭語言的雙向轉換,從而構成完整的語音輸入輸出功能。語音輸入功能雖然現在由于技術上的原因尚未成為主流,但ＩＢＭ、Ｐａｌｍ、Ｌ＆Ｈ幾家公司正在不停地完善并生產出了樣品,預計到２００１年初即能形成規(guī)模上市。
７ 電感式觸摸屏的出現
現在ＨＰＣ上應用最多的還是筆輸入。與之相關的硬件之一就是觸摸屏。它提供了用戶向ＨＰＣ進行輸入的接口,其性能的好壞,直接影響到用戶對產品性能特別是易用性的評價,如表２。
表2 三種觸摸屏技術的比較
