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- 燕山大学
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什么是手持信息终端
回顾消费电子产品的发展历程，人们发现它始终沿着从大到小、从单一功能到多用途、从共用到个人的路线发展。如果简单一点，单从外型和体积上看，大概是“台式→便携式→手持式”发展路线。
台式电器总是放在桌面上，供一家人共同使用，例如老式的电子管收音机、现代的大屏幕电视机和个人电脑。早期的便携式是指带提手和背带的产品，例如老式的手提式收录机和现在的笔记本电脑，前者已经销声匿迹，只能在旧货市场看到；后者仍是今天白领的至爱，不过人人都抱怨它太重，于是体积更小的UMPC诞生了。尽管它的功能和速度远不及笔记本电脑，但是已经有人预言UMPC迟早是笔记本电脑的终结者。随着集成电路技术的发展，便携式电子设备的体积越来越小。这个过程是渐变的，开始仅仅只是缩小体积，并没有增加多少功能，十几年前的walkman、MD、袖珍液晶电视机曾经红极一时。更晚一些时间俗称商务通的个人数字助理（PDA)曾被看成是时髦和地位的象征，但好景不长，智能手机的出现使所有这些都变成了昔日黄花。现在一台不到千元的手机具有通信、摄影、MP3、FM广播、时钟、信息管理等多种功能，高端的可以接收数字电视、无线上网、GPS导航3D游戏等功能，手机使便携这一称呼变得名副其实，但手机绝不会是手持信息终端的最终形式。
便携式电子的这一切的变化都源自电子信息技术的进步，具体地讲就是CPU的速度、IC的集成度和软件的功能，这三大技术成就了手持式电子的今天。杰得从2003年成立就立足于高端应用处理器的开发研究，现在已经有Z228和X900两代产品问世。应用处理器是信息处理的核心，杰得在应用处理器的开发和应用中认识到个人信息处理的重要性和广泛的用途，提出了手持信息终端HIT (Handheld Information Terminal)的概念。人类具有追求完美的天性，但自身又存在不能跨越时间和空间的缺陷，当一个小小的手持设备把现代信息科技的一切功能都装在口袋里以后，就在一定程度上弥补了人类的不足。HIT的目标使人们能自由的选择资讯、享受娱乐，它强调的是商务＋娱乐，实现的功能包括游戏（Gaming）、数据（Data）和播放（Player），因而，HIT也可以称为GDP。杰得的X900为HIT/GDP的设计注入了新思想：缩小体积、降低功耗、突出个性、提高性能、扩展用途。
X900的结构和优势
HIT缩小到手持式大小后，面临的最大的挑战是速度和功耗。设计应用处理器时，速度和功耗是一对矛盾，英特尔的至强CPU具有最高的速度，但发热量巨大，需要风扇强制散热，注定不能用在便携式设备上；ARM公司的嵌入式CPU功耗很低，但速度不及至强的十分之一。所幸的是亚微米集成电路给我们指出了另一条路，就是用硬件电路完成最复杂视频编解码功能，用只增加了几平方毫米的芯片面积，换来比高速CPU和DSP高的速度和低的功耗。但这种做法要冒巨大得风险，因为硬件逻辑电路如果出现那怕很小一点点错误，就要推倒重来，不但浪费了宝贵的时间和金钱，还可能使产品错过商机而彻底失败。四年多来杰得在视音频实时处理方面积累了丰富的经验，擅长硬件编解码设计。2005年在Z228上集成了MPEG-4硬件编解码器，这次在X900中又增加了H.264和VC1硬件解码器。并在电源管理上作了优化。使芯片的接口更加齐全，软件开发平台更完善，兼容的软件资源也更丰富。
X900的最大特点是能处理大尺寸的图像，MPEG-4编码器和解码器能支持VGA (640×480) 分辨率，每秒30帧；H.264解码器支持主类，3.0级，D1（720×576）分辨率，每秒25帧或（720×480）每秒30帧；VC1解码器也支持主类，D1分辨率。如果在3.5～4英寸TFT液晶屏上使用这种分辨率能得到优良的画质，即是连接到电视机或显示器上也能得到DVD的画质。
另一个优势就是完善而齐全的接口，如图像传感器接口，视频音频接口，数据接口，双屏显示接口，多格式储存器接口，有线无线网路接口，计算机接口，控制接口等，这些丰富的资源使用户在设计任何产品的时候，总能找到需要的接口和解决的方法。
及时周到的本地服务是X900的另一优势。目前市场上的大部分应用处理器是国外厂商提供的，由于存在距离时差和语言等障碍，使用户得不到及时的技术支持。杰得是中国本土公司，总部在上海。在北京、深圳和长沙设有分公司，用户随时可得到技术支持，加快产品开发速度。
基本应用系统
这个基本应用系统是演示、学习和开发的软硬件平台，它是以X900为中心，在I/O接口上连接最少的外围器件，安装操作系统和硬件驱动程序后组成的最小应用系统，它直观地反映了X900能做的事情和扩展的潜能。
图1和图2分别是X900基本应用系统的电路结构和实物图片，是由X900子板，外围电路母板和SDK软件包组成。母板上留有高速扩展接口，可以接扩展板增加用户功能。
图1：X900基本应用系统方块图 
图2：X900基本应用系统板 如何剪裁需要的功能
在决定用X900设计一个手持信息终端的之前先要明白几个概念。
设计的原则是经济合理
为什么要作设计？为什么不直接抄厂家的设计？设计自始至终要遵循的基本原则就是经济合理。厂家的参考设计与用户的应用设计针对的目的是不同的，厂家的设计为了突出芯片的性能，会不惜工本选用最好的外围器件，采用复杂的制作工艺，板层过多的高质量的PCB板，甚至某种专利工艺技术。用户的应用设计为了降低每台整机生产成本，会选择廉价的器件，减少PCB板的层数，甚至把一些实时的硬件功能用不实时的软件功能替代。这些做法从设计原则上讲是无可非议的，但它的最大限度是综合指标不能低于厂家参考设计的85％。
突出特点，确保性能
产品功能不是越多越好，而是要实用和好用。增加某个功能时一定要评估它的实用性，增加的成本，对其它功能的影响，增加的开发的时间等因素。在技术竞争日益激烈的今天，有一种不好的倾向是把一些华而不实的，技术上不成熟的，无用的功能塞进产品中去。这种做法被称为中国特色，表面上看什么功能都有，实际上什么功能都不能用。这种做法的影响非常坏，是没有核心竞争力的表现。
评估自身的能力
用X900开发应用产品并不是一件简单的事，需要一个有经验的硬件、软件和模具设计团队。那种认为芯片制造商把一切都做好了，你只要拿来抄就行了的想法是不实际的。通常芯片厂商为了帮助用户产品尽快面世，会把应用系统做得尽可能完善，但决不会做到全抄的程度，因为各自的侧重点不同。芯片厂商是以芯片设计为核心的，工程师的知识结构是为这个核心构建的的，虽然芯片厂商也有系统部门，但它的职责是为了验证芯片的功能。用户设计的侧重点是把芯片的功能发挥到极致，创造出代表自己的个性的产品。如果用户没有能力独立完成开发，应该把开发任务委托给系统设计公司，芯片厂商的FAE会协助系统设计公司完成开发任务。
明确了这些概念后，就开始从基本应用系统剪裁和增添用户需要的功能，当然用户必须熟悉X900的接口，这要化上一段时间阅读数据手册。X900的接口是以复用共享方式提供多个功能，一个引脚可能会具有3个功能，用户要明白怎样才能得到自己所要的功能。另外，需要熟悉应用处理器的外围器件，可能有多家厂商能提供功能相同的器件，但性能和价格会有微妙的差别。有经验的工程师不会轻易替换他不熟悉的器件，只凭数据手册能难判断两个公司的器件差异，只有测试和使用后才能知道优劣。
设计举例
（1）智能手机
产品特点：
双模通信，强化PDA功能，绿色建康，使用方便，高音质音乐播放。
设计要点：
根据上述要求，增加GSM/GPRS和CDMA基带模块，由于两种模式不会同时使用，共用一个UART口与X900连接。为了强化PDA功能，需要选择一个通用强大的操作系统作支持，综合比较WinCE 5.0具有普及和应用软件丰富的优势，可以运行Word，Excel，PowerPoint，Outlook, Msn, Skype, QQ，金山词霸等常用软件。
从绿色健康，使用方便考虑使用蓝牙耳机最合适，能有效减小射频辐射危害，用无铅封装和低功耗电源管理技术能进一步达到绿色环保要求。
为了高音质播放音乐，音频解码和耳机放大器用高保真设计，音频指标达到3分贝频响20Hz～22000KHz，THD+N=0.01%,信噪比大于90分贝。
设计1GB闪存安装操作系统和应用软件，64MB DDR存储器作数据交换。在基本应用系统上增加和裁减后图2所示。
图3：基于X900的智能手机功能方块图 功能和规格：
通信模式: GSM/GPRS、CDMA
操作系统: Windows CE 5.0
摄像头：200万CMOS，自动对焦液态镜头
显示：2.8英寸TFT 320×240, 触摸屏,手写输入
音乐：MP3,CAT, 蓝牙耳机
图像：照相、摄像和PMP功能
娱乐：3D游戏
媒体接口：USB 2.0
外部储存器：SD卡
待机电流：小于5毫安
（2）多媒体播放器PMP（Portable Media Player）
产品特点：
接收电视节目，接收网路在线视音频广播，高速下载和播放大片，3D游戏，高画质和高音质。
设计要点：
从要求看出这是一个高端的PMP，设计的出发点是突出高性能。为了接收电视节目，增加一个微型全波段的频率合成高频头和一个数字化多制式电视解码器，接在X900的ITU-R656输入接口上。电视接收和录象可以前后台工作，即前台接收电视信号，变换成逐行格式在液晶屏上显示；后台同时把接收的电视图像实时压缩成MPEG-4格式保存在微硬盘中。
接收网络在线广播是比较麻烦的事情，主要问题是视音频格式繁多，常见的视频格式有AVI、DV-AVI、MPEG、MOV、ASF、WMF、RM、RMVB 等，其中MPEG格式又分MPEG-1、2、4三种，MPEG-4又衍生出Divx、Xvid。要播放高清图像还要支持H.264、VC1、AVS。常见的音频格式有WMA、VQF、MP3、MP3PRO、OGG、MPC、ATRAC、APE,WAV、RM等。目前没有一台PMP能支持全部的视音频格式，解决的办法是软解压和进行格式转换后再播放。软解压需要一个高速的处理器，解压的图像一般不能大于QVGA（320×240）或CIF（352×240）尺寸。用X900设计的PMP，硬件可支持H.264、VC1格式D1尺寸图像的实时解压和MPEG-4格式VGA尺寸图像的实时解压。其它的格式用软件解压，但图像尺寸最大只能到CIF。
接收在线广播和下载大片需要网络接口，X900通过PCI接口可以连接10/100兆以太网芯片，但受网线限制不能移动使用。为了克服这一缺点，设计了无线宽带功能，通过一个IEEE802.11b模块与X900的SPI或PCI口连接，收发距离室外最大300米，室内最大30米。
为了达到高画质，选用分辨率800×480真彩4英寸TFT液晶屏，接收的电视节目和DVD大片能达到标清数字电视的水平，图像通道的技术指标可达到微分增益≤1％，微分相位≤1O,高于DVD播放机。音频有两个通道，一个支持5.1声道环绕声，有line、S/PDIF和Toshilink输出；另一个是双声道立体声，支持低阻（32～64Ω）中阻（80～120Ω）和高阻（300～600Ω）Hi-Fi耳机，技术指标达到：频响10Hz～25000KHz，THD+N=0.01%,信噪比大于96分贝，能达到CD的音质。
在基本应用系统上裁减掉图像传感器，蓝牙耳机和小显示屏。增加电视高频头、微硬盘和耳机音频通道。用2GB闪存和64MB DDR作系统储存器，内置12GB微硬盘和SD卡作用户数据储存器。本机用高速USB与计算机和其它外设通信。
图4：基于X900的PMP功能方块图 功能和规格：
操作系统：Linux
图像格式：MPEG-4硬件编解码，VGA(640×480),30帧/秒；H.264、VC14硬件解码D1(720×480, 30帧/秒; ASF、WMV、AVI、DIVX、H.264 ，CIF（/352×240），25帧/秒
音频格式：MP3、WMV、DRM WMV、AAC、OGG，CAT
游戏格式：FLASH、3D、PC游戏，支持任天堂街机模拟器
文本格式：text、html、doc、ppt、pdf
网络文件：IE、EMAIL、SKYPE、MSN、QQ、本机和在线电子字典
电视接收：TV和有线增补频道
视频输出：复合、半分量、Y.Cr.Cb
音频输入：麦克、线路
音频输出：5.1声道线路、S/PDIF、Toshilink
显示：4寸TFT触摸屏， 800×480
Wi-Fi: IEEE802.11b
计算机接口：USB 2.0 OTG
用户储存器：内置微硬盘和外置SD卡
操作控制方式：键盘、触摸屏和高速红外遥控
电源：4.2V锂电池
（3）立体眼镜影院
产品特点：
用外形酷似眼镜的头戴式液晶显示器取代传统平板显示器，在眼前两米处虚拟出50英寸的超大屏幕，配合双声道立体声放音，使人们享受置身立体影院的临场视听效果。
设计要点：
三维成像有各种实现方法，如偏振光滤光成像、DFD（Depth-Fused 3D）、透镜3D液晶显示技术等。前一种需要立体图像信源，即两台摄影机从不同的角度同时拍摄下景物的图像。播放时把两个图像变成为偏振光，观看者使用的偏振光眼镜还原出立体图像。后两种技术非常复杂且不成熟。本文介绍分色滤光成像法，只用普通的彩色图像，把每一帧图像分成两帧，一帧滤除红色，另一帧滤除蓝色，然后在时间上交错。观看时佩戴一边为红色镜片，一边为蓝色镜片的眼镜，在大脑中合成立体图像。
本设备分两部分，第一部分是立体投影眼镜，左眼是红色镜片，右眼是蓝色镜片，一个光学虚拟投影系统在眼前2米左右处呈现图像。第二部分是立体图像播放器，结构与图4所示的PMP相似，只是在图像处理部分增加了红蓝滤色电路，输出的的图像是时间上交错的视频信号，不是送到TFT显示器而是送到眼镜。立体图像播放器是两用的，旁路分色滤光电路就是普通的PMP，在本机TFT上显示普通图像。使能分色滤光电路，把视频信号接在立体投影眼镜上就可以显示立体图像。
图5是立体投影眼镜的外型和视觉效果。
图5：分光立体投影眼镜外形和视觉效果
功能规格：
输入信号： NTSC/PAL、数字标清、DVD等彩色视频信号
显示像素： WVGA（800×480）
视场角： 对角线34度
画面尺寸： 等同于2米远处50英寸画面
视频端口： 4极芯 Φ3.5mm
图像信号： 1Vpp/75Ω(不平衡)
声音信号： 200mVrms/20KΩ
重量： 180克
（4）网络收音机
产品特点：
连接全世界在线广播电台，后台录音，下载APE、WV等无损音频文件，制作高码率MP3文件，大容量储存，替代H-Fi音源。
设计要点：
网路收音机是用流媒体播放器边下载边播放在线音频广播的设备。要求硬件必须具有无线或有线上网功能，本机是手持式，只设计了IEEE802.11b宽带无线网功能，与X900的SPI连接，可达到每秒2MB下载速率。后台录音要求有音频码率压缩功能和储存设备，这只要用X900中的ARM926处理器进行软件压缩就可满足要求。可以用CAT或MP3格式，前者用杰得提供的CAT软件；后者用LAME，这是目前公认的最好的MP3压缩软件。压缩的数据可存入本机闪存或SD卡。操作系统选择WinCE，安装流媒体播放器，把全世界在线广播的网址储存在播放器中。这种软件可以向第三方购买，如RaimaRadio、Cradio、Virgin Radio等，每个软件都链接了世界主要的广播电台，用户可以随时添减。为了高保真放音和用作声源，音频通道按Hi-Fi指标设计，输出设数字光纤接口。用foobar2000播放APE格式的音频文件，就可替代CD唱机作高保真声源。本机单独使用时用无线宽带接收，耳机放音，按键加触摸屏方式操作。图6是基于X900的手持式网络收音机功能方块图，结构非常简单。
图6：基于X900的手持式网络收音机功能方块图 功能和规格：
·操作系统：WinCE
·流媒体格式：Real Player，Windows Media Player，QuickTime
·音频格式：WMA、AAC、MP3、WAV、AIFF、CAT
·无线宽带网络：IEEE802.11b
·USB接口：USB 2.0 OTG
·红外接口：高速 5米
·外部储存器：SD/MMC
·音频格式：WMA、AAC、MP3、WAV、AIFF、CAT
·音频响应：20Hz ～20KHz
·信噪比：>96dB
·输出功率：250mW (32Ω), 80mW(300Ω)
·屏幕：TFT 320×240 64K彩色
·电源：3.6V
·在线升级程序
·在线更新电台列表
·支持面板更换
·支持代理服务器
结束语
本文只介绍了应用处理器X900在手持信息终端的应用。其实上X900先进的多制式视频码率压缩技术和大画面显示功能展示了它具有更广泛的应用领域，这些应用可以在杰得公司网站www.jadechip.com的技术文库里去寻找。
本文来源：上海杰得微电子有限公司 作者： |
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