便携式Internet接入设备-WebPad

美国国家半导体公司（NS）的一个小组开发出了一项名字叫WebPad的便携式Internet接入设备。

开发小组认为，WebPad是个展示的媒体，它应满足人们在各方面的需要。目前已定义了这方面需要的性能指标，今后修改的WebPad还应该满足人们的特殊需要。在平台级有许多折衷方案，例如在存储器和射频（RF）的连接上，他们必须对这些可选功能留出应用空间。

一、WebPad开发过程提供样机

开发小组自从承担制作样机的任务后，时间就一直很紧张，他们需要在4个月内把在白板上的概念转化成具有20个工作系统的样机。WebPad开发小组由6名精英组成，其中两名工程师，两名软件开发者、一名程序经理和一名市场经理。

从样机到生产

为了让OEM能够生产WebPad产品，开发小组需要准备好一些必要的东西，这极具挑战性。因为时间很紧张，必须在90天的时间内准备出参考设计。

虽然开发小组获得了工作的样机，但他们还需要从头做起，将参考设计做到一个整体的系统中。这包括制成机器所需的一套塑料，以及得到各种无线协议。为了快速而精心地制作WebPad，开发小组求助于"快速样机"公司，他们使用立体印刷技术创建主部件，利用硅模具形成工艺快速制作聚亚胺酯部件。他们能在两星期内为开发小组制出一套部件。

电源管理也是必须考虑的内容，过去的样机工作时间为1～1.25小时，而如今参考设计的运行时间为3～3.5小时，这种参别可归因于处理器的改变。样机使用了NS Media GX处理器的GXI版，而WebPad的参考设计用了叫作GXM的低电压处理器，电源管理软件也应用于该Internet访问设备，由于它的作用运行时间可能加长。

免用散热片的设计

采用新处理器虽然增加了运行时间，但却降低了功耗，使芯片散热的问题得以解决。作为原来的计划，基于传统的设计已准备好增加散热片。但是通过热分析后，开发小组发现系统中并不需要散热片，甚至处理器上也不需要散热片。GXI和GXM处理器在功耗方面的差别大约为系统4。GXI核心电压为2.9V，而GXM的核心电压为2.2V，开发小组有能力增加散热片，但现在系统并不需要散热片。

精心制作这样的器件，另一方面也是对散热的一种挑战。在一个笔记本PC中，显示器与主板分别放置在不同的盒内，而WebPad的显示器直接安装在主板上方。由于GXM处理器运行时发热很少，所以既不需要散热片，也不需要风扇。开发小组人员并不希望处理器和其它部件的热辐射到显示器上。他们把所有的主要器件安装在板子的一侧，然后把带有器件的一侧朝下放置到WebPad盒内，这样，电路板就起到了隔热的作用。

少硬件，多软件

WebPad设计小组也影响了Media GX的虚拟系统结构（VSA），虚拟系统结构是一种利用VSA软件指令代替硬件功能的一种软件技术。GXM结构不包含带有存储控制的系统总线，相反，处理器将直接与存储器对话，有PCI接口通向南桥（South bridge)芯片。但在WebPad中没有超级I/O芯片。

在软件中能够利用VSA仿真所有的声音子系统，开发小组在南桥芯片和电源放大器中符合AC97的编解码器。采用同样的方法，他们还对图像子系统也做了实验。一些图像模式也在软件中作了仿真。

虽然WebPad在结构上类似一个PC，但开发小组不想利用AT/286PC所有的东西，WebPad没有利用常规PCBIOS，而是使用NS开发的小型ROM，这个小型ROM提供了一些标准BIOS服务。开发小组利用了标准部分，并将它压缩成一个具有一定功能的子集（Subset）。正因为采取以上措施，才大大加速了WebPad的开发进程。

实现I/O

WebPad参考设计使用TFT显示，它满足了电源和成本的要求。下一代的产品将与DST接口，这将使WebPad获得更低的价格。

接触控制板不好设计。一开始，WebPad遇到了来自显示器所带来的噪音问题，这些噪音影响到了接触控制板。噪音曾与TFT显示器的更新和刷新同步，因为接触控制板与显示器的距离很远。到最近还是软件起到了补救作用。在整个显示器上的失真并不完全一致，它不是线性关系。通过分析在屏幕上产生噪声的位置坐标，开发小组创建了一种算法，它与刷新率同步，可以滤掉噪音。

无线连接

实现无线连接对于不断开发RF（射频）市场有很大意义。WebPad必须能够适于各种RF形式。为使整个设计简化，小组做了战略决定，采用Harris公司的无线芯片集，它可提供2.4GHz满足IEEE802.11标准的无线连接，吞吐量为每秒2～10Mbit。这种速率已能足够支持数据、声音和图象。

在PC卡中对无线模块的形状系数（form factor)都作了选择。因此，只要带有同样形状系统的任何无线调制解调器都能使用。NS小组在今年春季德国召开的CEBIT贸易展上，成功地展示了使用DECT的WebPad。开发小组也开发用户的形状系统，它有一个类似ISA的接口。遗憾的是，目前我们所看到的ISA板标准都太繁锁了。为使整个机箱变小，PC卡更小是非常必要的。

在最终生产环境中不可能需要所有这些接口。WebPad的RF解决方案很可能就象主板的一部分。为使无线调制解调器与主板集成，OEM会使用Harris提供的参考设计。

为软件提供空间

作为一个参考设计，WebPad采用在板上的16兆字节SDRAM，虽然实际软件的大小只有它的一半，因此有很大的空间用于软件的进一步开发。开发小组选择了SanDisk公司的CompactFlash卡（紧压型快闪卡）。虽然有许多快闪存储器方案可供选择，但最终选取SanDisk CompactFlash卡是因为它低功耗，对于消费领域来说经济。而且可再写的特性也使得它本身具有"零功耗管理"的功能，满足了开发小组的目标。开发小组想利用Internet实现软件更新，而不让用户察觉，这包括能够利用无线连接实现更新微控制器代码内容、小型ROM以及SanDisk卡中的数据。

随同GUI发展

开发小组本来是想利用Windows CE来发展，但是当时微软CE平台没有网络浏览的经验，开发小组也曾同微软件多次交谈过此事。但在Comdex展示会前，微软对开发小组无法提供任何支持。所以开发小组转向其它操作系统。

开发小组在QNX公司找到了希望的QNX实时操作系统。开发人员利用QNX工具和"航海者2"浏览器为用户提供了一个适宜的界面，它很适合WebPad。WebPad与台式PC的区别在于WebPad利用QNX为用户提供了一个更友好的接口。OEM能够很容易地应用Windows CE，嵌入式NT或其它的流行的操作系统。

二、WebPad的基本结构

WebPad的核心部分由NS的GXM处理器、CX5530南桥和芯片16MB的SDRAM构成。这种子系统在结构类似于PC，综为便携式WebPad提供了台式Inernet设备所具有的能力。

QNX实时操作系统以及网络浏览器由这个子系统管理。GXM处理器将存贮器接口、X86芯核、PCI接口和图象子系统集成到一起。CX5530芯片提供了I/O接口，可对ISA、USB、IDE、模拟与数字RGB（红绿蓝）显示、声音解码以及像控制器和传感器这类的通用设备进行控制。

显示器使用10.4英寸的主动式矩阵LCD，精度为800×600像素，主动式矩阵型显示器适合于高精度图象和动态画而显示，背光显示器使用冷阴极荧光灯，它可使用调节显示照明。

带有标准IDE接口的SanDisk卡，用来存储操作系统以及所有的应用软件。虽然X86芯核提供高性能的网络浏览功能，但它在功率方面并没有使用节能的方法。因为它还提供了一些像监控按钮和点亮LED的辅助功能。Atmel AT90S4414-4JC微处理器被用于低性能、低功耗方面，这个微处理器提供了智能看门狗的作用。

锂电池对内部电路提供电源。这个电池的电压被高效的DC-DC转换转换为几个基本的电压。该系统提供了一个外部电源插头，以便为WebPad提供外部电源，同时它也可智能地为锂电源充电。

基于RF的收发器可使用网络与基部联接，最好的RF方案可提供符合IEEE802.11无线连接。它可利用单一基站支持家庭WebPad。

声音系统由AC97 comdex、立体声放大器和相关的扬声器及话筒构成，外部设备通过双USB口接入。

用户接口由可配置的侧面安装按钮、X-Y导航器件和模拟电阻接触屏幕构成。高精度的接触屏幕可支持手写识别，而不需要额外的键盘。