全面解析终极移动终端“MID” - 文章

全面解析终极移动终端“MID”

作者：晶门科技孟冰

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伴随着多媒体、通信、个人PC等平台都朝着嵌入式方向发展，相应的处理器、操作系统、及终端厂商的完整产业链条也随之形成。由于PMP，Portable DTV Player，UMPC，PND， Smart Phone，和MID（移动互联终端）等众多概念的出现，终端设备厂家也被各种新颖概念的轰炸得手足无措。但是单从系统架构而言基本大同小异。

MID的概念从被Intel抛出发展至今，其发展趋势越来越像是UMPC。CPU的主频从400Mhz提升到Intel最新的Atom Z540 1.86Ghz，主要参与角逐的是老牌PC CPU厂商INTEL和嵌入式CPU霸主ARM。而操作系统则有多种多样，WINCE，LINUX，SYMBIAN，甚至Windows XP。正是由于这么多相似的软硬件特性，MID可以实现并且正在向着“General Portable Info Terminal”的方向发展。无论是DTV，GPS，WiFi，BT，还是c、WINMAX模块都会被整合在内，在强大操作系统的管理下，这样的个人信息终端将囊括我们现在所能想到所有电子设备的所有功能。

在 MID 之前已经有具备 WiFi 功能的PDA和 PMP 问世，像NOKIA 的N800 和 IPOD TOUCH，他们都是 MID 产品的雏形。IPHONE 的诞生更近一步激化了 MID 演进的速度和 Intel 进入Portable 领􀪳的决心。其实不只是 Intel 的这一动作，Microsoft 力图收购 Yahoo 去抗衡 Google，WEB2.0、WEB3.0 交互式技术受到热捧，Google 􀫎于网络的通讯终端平台的推出，其实这些种种市􀨎行为都围绕着一个主题，我们即将迎来下一代网络技术。它将带来从硬件结构到软件系统，从用户终端到后台局端，甚至使用习惯上的彻底转变。从终端角度来讲，未来的 PC 没有大量的运算和存储的工作量，大多的工作都在网络上进行。个人通讯、娱乐、信息管理终端将被得到整合。作为像 Intel 和 ARM 这样的终端 CPU 提供者，针对通用的手持式平台会更注重功能性的整合，打造 ALL IN ONE 的产品。Intel 也想在网络技术还没有达到预期的发达水平前尽早涉入这􀨫蓝海市􀨎，所以旗帜鲜明的打出了MID 的产品及其定义。

目前已经推出的 MENLOW 平台的 Silverthorne Atom 芯片组，功能上集成了 WiFi、WIMAX，BT 和 GPS 功能。近期 Intel 和其他厂商也相继推出了􀫎于此平台的 MID 产品。Intel 想以此作为在该领􀪳翻身的􀫎点。在此之前 Intel 在 Portable 领􀪳所占有的市􀨎份额远不及 ARM。2009 年 Intel 还将推出 Moorestown 平台的 Lincroft 芯片组，它将在体积和功耗上达到及至。同时还更多的整合了 3G 和最新的 802.11n 技术，视频处理能力增加了视频编码和 FULL HD解码能力。真正意义的集成了通讯、娱乐和信息管理等多有的功能。

Sharp 于日前也推出了 Willcom D4 的 MID，除了具备 MID 和多媒体娱乐功能外，已经具备了语音通信的功能

多种因素混杂，使得 MID 产品和功能定义具备扩张性，它将逐步吞并掉其他电子便携产品的功能。更为大胆的设想，消费者的使用手机和电脑的传统习惯也会被彻底打破。

支撑强大 MID 的底层技术突破及鲜活应用模式

一，CPU

在 Intel 和 ARM 的搏弈中，各自都具备技术上的优略。Intel 依然把传统的 X86 架构套用在嵌入式 CPU 中，这样做明显的好处在于可以与目前 PC 端和网络上􀫎于 X86 CPU 架构的软件系统有良好的配合度，能够很好的实现他们所倡导的“随时随􀨄与网络无缝连接”的口号。在多媒体应用中，Intel 多采用软件来进行海量音视频流的编解码处理工作。由于先进的技术和工艺支持，其现在的主频最高已达到了 1.86G。可以轻松运行 VISTA 操作系统同时，进行多媒体工作。并且在其下一代的产品中工作频率还会被提升至 2G。Intel ATOM 处理器集成了图形处理功能，可为您口袋大小的便携计算设备提供类似 PC 的功能、互联网体验和长使用时间的电池。

ARM 作为一家出售 IP 授权的公司，并不会直接关心到芯片本身的结构和功能定义。而是更多注重和软件操作平台的配合度上。目前在多媒体嵌入式应用中，CPU 多以 ARM 双核或ARM+DSP 的基础架构出现，ARM 则是主要运行 RTOS，DSP 进行包括多媒体，GPS 地图和一些复杂网际、通讯协议处理工作等大运算量的工作。相对于 ARM9TDMI 系列 ARM9E系列结构更加先进，属于 ARM v5TE 结构，并且针对 JAVA 和 DSP 扩展了相应的指令集。

I-cache D-cache 分离的设计近一步提升软件性能。双 AMBA AHB 总线接口等。ARM926EJ-S可达 250Mhz 以上的处理速度，很好􀨄支持 Symbian OS、Linux。所有的这些优势都使得其成为目前 Main Application Processor 集成的首选。后续应对来自 Intel 的挑战，ARM11 和ARM cortex 将成为下一代的 IP core 集成主流。其中 ARM11 不仅把工作频率提升到 500Mhz，且针对性的增加了多媒体指令集 SIMD。而 ARM cortex 采用 ARM V7 结构，7 级流水线，更是把主频提升到了 1G，足以抗衡 Intel Moorestown。在 ARM+DSP 结构中，高性能 DSP 专家，TI 以专注于 DSP 图象处理的 Davinci 而文明业界。

但是媒体算法实现微码是需要另外付出不菲的应用。近来越来越多的厂家选择集成 CEVA DSP 内核到自己的 SOC 中，不乏国际知名的芯片供应商，针对不同的应用 CEVA 有 7 种
DSP CORE 供用户选择，有针对高端市􀨎，有具备 HD 视频编解码能力，WIMAX、WINBRO和 HSPDA 标准 3G/4G 通讯协议处理能力的 CEVA-X1641，X1622、X1620 DSP 核；也有适用于 2G/2.5G 通讯协议处理，或是低分辨率视频处理，和 HD audio Dolby Digital Plus 7.1、Dolby TrueHD 和 DTS-HD 高保真音效处理的 CEVA-TeakLiteI/II/III 系列 DSP 核等。除此之外，对于常用外围器件接口控制器的集成也是目前单芯片方案所必须要做的，比如DDR，MLC，SDIO 等。

尽管 ARM 频繁攻击 Intel 的 MID 计划，但是单从 Intel 芯片的 Roadmap 来看，它足以引起PC 和通讯终端领域的一次地震。

二，人机界面交互

人机界面，往往容易被许多设备设计制造商所忽略的部分，而恰恰这一部分正是机器本身最花哨功力的。对于用户来讲人机界面是良好使用过程的基础。没有好的人机界面，高性能，友好性无从谈起。他们不会去关心你的 CPU 工作频率，你所使用的 OS。随着用户对于视觉效果，可操作性要求越来越苛刻。经典的设计应该突出人与机器的“Interactive”互动性，它的实现要涉及到硬件和软件的良好配合，输入和输出的恰当反映。

1，输入

无论是 MID，GPS，Smart Phone 或者 UMPC 等其他的信息设备，信息输入是􀫎本操作的一部分。触摸屏技术是较为直接的操控方式，尤其是对于文本输入、图片浏览、联接点击、画图操作等类似键盘鼠标操作的应用。除了目前市􀨎占有率居多的电阻式触摸屏外，IPhone把投射电容技术带到了一个新的高度。最近出现的新版 BlackBerry 和 Garmin 的 GPS Phone上都运用了这种技术。在实际的文本输入实验中也证实此种方式在文本输入的识别率和速度上都不输给真实的键盘。在后续市场的发展情形来看，投射电容式和弯曲波式都将成为下一波应用的热点。

目前的电容式触摸屏存在很大的市􀨎缺口，多以 3..5、3.2、及.2.8 寸以下为主，主要是配合手机应用。并且都是 4：3 显示比例。目前 3.5 寸主要供应商台湾胜华和厦门宸宏也都被 Apple全部包圆。所以对于稍大尺寸的应用及 16：9 显示比例应用的触摸屏需求都是市场原本空白状态。即便电容式专利拥有者新思科技宣称有 4.0 寸样品，但是其市􀨎支持力度不足耽误了推广进度。前不久 AUO 宣布推出 WQVGA 分辨率 4.3 寸 In Cell 技术的电容式模组，但最近确认由于存在部分技术问题，其正式推广阶段将被延后。就目前看来台湾义龙将率先推出4.3 寸触摸屏模组。对于后续的实际应用中，16：9，WVGA， VGA，4.3 寸至 5 寸将成为应用的趋势。而该市场有待应用需求的刺激。由于和 LCD 配合紧密，其需求往往和 LCD 市􀨎的晴雨表一致。在 LCD 领域，运用在 MID，GPS，和 PMP 主要以 3.5 寸 QVGA 和 4.3 寸WQVGA 为主。日本厂商 SHARP，SONY 由于技术领先对于市场具有领导作用，他们在该应用已经使用到了 WVGA，如 SONY 的 MYLO；和 WSVGA 的 SHARP 的 WILLCOM D4。无论什么样的 Resolution，总体都是以 Wxxx 的宽屏为发展趋势。

伴随着 Smart Phone 和 MID 产品的增长，Qwerty 键盘作为一种稳定实用的输入方式受到热宠。在 Black Berry，NOKIA 和 Mortorola 的手机上，在 SONY，SHARP，PANASONIC，AIGO，SAMSUNG 的 MID 上都有应用。自从 2007 年第一季度以来，采用全功能 QWERTY键盘的产品的销量占总体市场的比例从 7.5%上升到了今年 2 月时的近 13%。有些消费者对短信、电邮和网络浏览的使用比较频率，他们正在推动 QWERTY 键盘手机的需求增长。直到最近， QWERTY 键盘手机还主要是企业智能手机用户的领域。

除了触摸屏和 Qwerty 键盘，还有更为前卫和抢眼的输入应用方式。采用新型低功耗显示技术配合触摸屏来实现键盘输入的功能。这样做的好处是，键盘可以跟据不同的 Application调整相应的键盘功能和摆放。很早的 NDS 游戏机便是采用这样的设计理念，还有网上热炒的微软的 Zune Phone。但是由于双 display 会在功耗上给便携式电子产品带来不小的挑战，所以选用如 Epaper 或 OLED 等新兴低功耗的显示技术是明智之举。

2，输出MID 在其展示通信和信息管理功能的同时，突出娱乐的特性也是它所追求的。为了让手持设备拥有更加酷绚的界面效果，复杂的 GUI 软件算法和 CPU 资源的占用使得其他的 CPU业务受到了不同程度的影响。图像加速引擎对于图像显示的二维和三维数据构件是相当重要的，它们可以把 CPU 从繁重的图像计算业务中解放出来，可以作出一些复杂的特效。不同于早期简单的显示功能，目前的多媒体设备都有独立的图象处理单元，在软件层面不同的操作系统有各自相应的 GUI。硬件 CPU 则都集成了 2D/3D 的引擎，甚至独立的 GPU 单元。

在 Intel 推出的 Menlow 和 Moorestown 中集成了图形控制单元支持 DirectX9.0 和 10，和OPENGL2.0 等 Windows 视窗的图形接口。相似的情况也同样发生在 ARM 核的 CPU 身上。

大多都有各自的图形控制单元和 2D/3D 的加速引擎。简化了系统工程师的设计并降低了成本。它们的存在也会使 CPU 从原来的繁重的图形运算中解放出来，有助于提升系统速度节约系统资源。目前较多 2D 引擎会处理平常的图象翻转、缩放、放大等平常操作。另外部分还会支持到多层 Floating Window 等，使得在平时的应用中可以可以控键隐藏，有需要时再浮现出来。可以使得普通的机器具备像 Vista 或 MAC OS 等复杂操作系统的特效。3D 技术更是集成了更为复杂的 3D 模拟计算模式，使得手持设备可以显示像 Dopod S1 这样复杂的立体菜单效果。

同时伴随着高端 MID 产品操作界面复杂性提高和系统应用程序越来越丰富，运用嵌入式操作系统 GUI 将有助于工程师将更多的精力集中在应用程序本身的开发上。相对于较为完整Windows 视窗系统，Linux GUI 需要开发人员花费多一点时间在界面开发上，目前比较流行的还是 QT 和 GTK。

继 Iphone 受到好评之后，Microsoft 也推出来其应用于手持式设备的操作应用平台 Zumobi，与 Iphone 界面类似，用户从 36 个项目中选出自己喜爱并且常用的 16 个 ICON 组成桌面。主界面上有 4 个莲花形的操纵控键。其一经推出收到了许多正面的评价，包括通过了 NOKIAE61 的测试。

由于高性能 CPU 和人机界面支持，高端 MID 将集成目前像 DTV，PND，和SmartPhone 等热点应用。

一，MEMS SENSOR

Wii 之所以受到无数消费者的青睐，是它收变了人们在打游戏时，呆板在电视机前手指运动的固有模式。就像之前的 PS，XBOX，GAMECUBE 等都是秉承着这样的传统控制方式。利用运动加速传感器 MEMS SENSOR，让人们手中游戏手柄的运动轨迹、角度和速度一一被记录下来。从游戏者的角度来说，更加突显了参与的乐趣。

在便携数码产品中加入此类传感器，硬件技术方面较为单纯，多以 SPI、I2C 总线为主。关键在于对于功能应用实用性和创新性的考量。一个优秀的应用点子可以成就一个成功的产品，比如多在数码相机 DC 和移动网络设备 MID 中出现的画面自动翻转的功能，就是通过内嵌的 2D 或者 3D 的MEMS SENSOR 检测到设备的翻转动作，CPU 控制相应的LCD 画面翻转。

正在被开发的类似应用还有：

1，受到 Wii 平台游戏的启发，在智能手机等手持电子设备中也开发出了多种的利用人体运动的 JAVA 游戏。比如摇色子，赛车等游戏，都将是下一代具备强劲处理能力的智能手持终端的增值卖点。

2，同样还有菜单翻阅功能，IPHONE 和 DOPOD S1 的菜单操作方式让消􄌊者着实需要一段时间去消受如此新鲜的操作体验。但是你有没有看到过，通过倾斜手机机身，菜单像豆子一样被倾倒出来呢？甩甩你的手机，菜单就被甩了出来？呵呵，新奇吧！？是否实用具体要靠消􄌊者自己去评判了。

3，在 NOKIA 的新款音乐手机 XXX 中就应用了轻拍两下机身，音乐自动播放的功能。诸如此类，甩动设备几下播放音乐，视频等。

4，除了在娱乐性方面的主要应用外，也可以通过 MEMS SENSOR 给便携式设备增加人身意外应急处理和健康咨询等功能，设想一个带有计步功能的手机可以计算出你每天所消耗的热量。如果一个老人的摔倒的动作被探测到，在设定的时间内没有站立起来，手机自动呼叫应急部门或者亲属的电话，为人身安全提供有效保障。

二，指纹 SENSOR

FOOTPRINT SENSOR 从诞生至今，在安防领域已经被广泛应用，比如指纹锁、指纹识别系统、指纹开机等相关应用。从芯片应用方式上区分为通过滑动式和按压式。在便携产品上的应用除了常用的指纹开机功能外，一些个性化的特色功能也可以被应用出来。比如：

1，定义不同的手指是不同的应用，大拇指，是播放电影；食指，播放音乐；中指，进入游戏菜单；无名指，进入 GPS；小拇指，进入个人数字信息助理等应用。

2，操作系统 OS 记录不同的用户指纹及前一次操作的信息，在不同的用户通过指纹登陆系统后，系统自动进入到该用户前一次操作所保留下来的状态。

3，通过指纹的身份认证系统，用户可以直接通过终端系统进行合法的交易、付款、个人数字签名等安全级别更高的操作。

三，先进 DSP 音视频算法，虚拟环绕音频技术，目标锁定，内容锁定视频技术。

通常手持设备基本的音视频数据基本都是通过 SOC 内部的 DSP 模式来进行相关处理的。伴随着集成的 DSP 性能的越来越强，系统设计公司会考虑在其高端或者下一代的产品中加入一些复杂的音视频特效和功能。

1，在音频方面，比如微软针对移动终端设备推出的 FX 音效和老牌音效处理公司DOLBY 的 DOLBY HEADPHONE，VIRTUAL SPEAKER，VIRTUAL SURROUND都是针对手持或者利用传统立体声扬声器达到虚拟环绕影院级的音频效果。在实现方式上除了专用芯片外，可以利用高性能 DSP 本身的计算资源。

2，在视频方面，移动终端的发展越来越偏向于智能化，对于视频内容的分析将成为手持设备的下一发展热点。比如目前的高端数码相机可以抓拍用户的笑脸，对于表情的分析。下一代的视频监控采集设备都可以对于用户的非法动作进行智能分析报警。其核心技术都是通过相应的 DSP 算法实现对于视频内容的分析。应用在消费类电子上，就可以对采集到图象的内容进行分析判断，再进行相应的处理动作。

四，RDS/RBDS GPS+FM 以及 TMC

RDS/RBDS 是目前在我过尚处于起步阶段，但是在欧美、以及我国香港等发达地区早已被应用于交通管理调度和信息技术领域。RDS/RBDS 简单说是工作于 FM 临近频段的数据信息传递技术。

目前多被集成在 FM 单芯片内，像 NXP，SILICON LAB 等都有相应的单芯片方案。在硬件方案的实现上，与以往的 FM 芯片相同，都是通过 I2C 或者 SPI 总线控制及 RDS数据的传递。

配合 GPS 模􀨫和相应的导航软件，可以实现 TMC（Traffic Management Channel）功能，实现交通拥堵状况的实时监控和联合调度。伴随着北京奥运会的临近，此功能也会被应用于北京奥运期间的􀪢市交通管理。举例来说，当你在交通高峰时段出行时，如果使用带 TMC 功能的 GPS 查看路况信息，就可以看到在 GPS 中，“红、黄、绿”三种颜色分别表示“堵车、一般、畅通”三种状态，这时只需将 GPS 设置成“按最快线路行驶”、“遇到堵车重新计算线路”即可，并且在行驶过程中，屏幕会提示􀫎于当前速度和路面情况到达目的􀨄所需的时间。随着 PND（Portable Navigator Device），集成此功能的 MID，SmartPhone 等设备的功能越来越丰富，此功能也将成为通用数字多媒体平台的增值应用点。

五，GPS（软件模拟及专用硬件芯片）分离天线与合成天线，在以往的应用中 GPS 只出现在 PND、高端 SMART PHONE 或者车载 GPS 中。但是随着芯片成本的下降，GPS 将被集成到越来越多的手持设备或者智能手机中。据 Gartner估计，到 2010 年在北美售出的手机 90%将带有或者支持 GPS 功能。而在亚洲尤其是中国也将有巨大增长。GPS 的功能定义也将突破目前仅仅带路导航的应用范畴，还可以被用于紧急事故处理，排险，反控，救援，以及􀨄􀨔测量等。在实现技术上，GPS 主要由射频接收模式和基带处理模式组成，基带模式可以分别通过硬件专用芯片和软件处理两种方式进行相关信号处理工作。而相对于宽带，射频接收模式则相对复杂，直接影响到信号的接收效果。市场上多以合成模式的形式出现，只是预留出与基带芯片通信的 UART 接口，降低了系统设计师的实际难度，有之甚者也把全向天线集成在一起。对于集成或者分离天线的方案的应用是不同的，前者适合于PND、MID 和手机等手持设备，而对于车载应用领􀪳分离天线的方案更加适合。

六，MIPI 用于视频输入出伴随手持设备图像分辨率越来越大，LCM 的象素时钟速度越来越快，色彩深度也越来越深，EMI 问题将会变成一道无法逾越的障碍。在目前比较的多的 QVGA 320X240 分辨率的高端电子设备中，为了免受 EMI 的影响，在数据信号线上都要通过额外的器件做 EMI 处理，从而达到比较好的显示效果。但是当显示和拍摄像素超过 200 万像素这一门限时，传统的 LCD 或者 DVI 接口都会产生致命的 EMI 噪声直接影响到多媒体产品的显示和拍摄效果，再好的内部图像处理内核也无济于事。并且由于 TTL 并行总线及其 FPC 接口也都会对十分有限的便携产品的元器件放置空间造成极大的浪费，同时无法做一些液晶屏自由翻转的特殊外观设计。

在目前对于手持设备的外观和可操作性越来越被看中的大市􀨎环境下，MIPI 技术的优点将在随后的高画质的高端电子设备中突显出来，也将成为应用的主流。

七，GSM/3G 模􀨫在数字多媒体平台中的运用

除了 WLAN 和 BlueTooth 被应用于数字多媒体平台的外扩通信功能模式外，越来越多的手持和车载设备厂商也更加看中GSM模式的短信功能。可以被应用在汽车定位追踪，盗窃报警，个人危急报警，个人通信，更可以通过有限的 GSM 带宽进行压缩视频或图片数据传输。伴随着中国 3G 脚步的临近，也可以通过带宽资源更充裕的 3G CDMA 模式进行可视通信等高数据量的信息传输工作。区分通常的 GSM 手机，在通用多媒体数字平台中所使用的 GSM 模式大多采用简单实用的通信接口，如 UART 或者 SDIO 等。除了 Intel 提出的将在 Moorestown 中集成 Wimax 通信模式的应用方式。在后期出现的高端 MID 产品中也将有类似手机基带模式与应用处理器接口的通信应用方式。

类似功能出现在 Sharp 近期推出的介于手机和 MID 中间的产品 922SH，它同时具备互联网和 3G 手机功能，内置横向 Qwerty 键盘，高分辨率显示适合于 Web 网页浏览。另外还有专门放大缩小键，使得任何网页显示都无障碍。

合机状态下即实现电话功能，支持 3G 高速（HSDPA），最大 3.6Mbps 下载的通信速度。

八，数字电视模􀨫

对于数字电视模式，目前比较受到关注的手持设备数字电视标准主要有 DVB-H，DMB-T/H，和基本已被确定为手机电视应用标准的 CMMB。其中国标的 DMB-T/H 和CMMB 将会被目标市􀨎定位于国内的厂商给予更多的关注。伴随着“数字奥运”的到来，相关应用芯片厂商都想搭乘上这趟快速列车抢占先机，包括高频头 TUNER，中频A/D 转换（正在被集成到信道解码芯片中），信道解码芯片（Demodulator），信源解码芯片等。

要达到实际手持设备中播放实时数字电视信号的应用需求，除了流畅的音视频效果，持久的使用时间也是考量系统品质的重要方面。国标信道编解码芯片多半是由国内的芯片厂商设计，由于和国外厂家在工艺和设计水平上还依然存在的差距，功耗指标就成了这些芯片的软肋。DMB-T/H 标准芯片的主导厂家 LGS 凌讯科技先后针对不同的应用推出了应用于机顶盒市场的 LGS8913，车载应用的 LGS8GL5，以及针对手持设备的LGS8GS6 和 LGS8GA6。在功耗上不断的得以优化，从最初超过 1W 优化到目前的500mW。实用性也更加成熟，从最初的单一信源解码功能到目前的集成外部中频 A/D和帧 BUFFER 内存。都代表着国标发展不断向着使用的角度靠拢。与 DMB-T/H 类似，CMMB 标准的主导厂家北京创毅视讯的 IF101，由于定位于手持设备所以功耗上有明显优势，平均低于 100mW。相对于前两者，DVB-H 相对更加成熟，首屈一指 SIANO 的SMS1010，更是以低功耗，多标准的支持方式文明于业界。在应用方面，手持设备多半有两中应用方式，一种是把芯道解码部分功能电路集成到PCBA 内部的专门的手持电视播放设备。另外就是利用 USB 和 SDIO 接口，设计成外部 USB 或者 SD CARD 电视接收模式的形式，适用于像 IPOD 播放器，PSP，智能手机等应用。

无论如何，摩尔定律对于电子这个飞速新陈代谢的行业来说，始终都是有效的！MID，作为一个 UMPC，PMP，Smart Phone 和 PND 的替代物将带领你我进入到下一个应用纪元！(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (6/4/2008)


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