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深度剖析MID之系統環節設計
 

【作者: 陸向陽】   2009年01月05日 星期一

瀏覽人次:【4983】

雖然MID是Intel於2007年北京春季IDF中所揭露的新詞,然在此之前,強調手持式、口袋型上網的電子裝置早已問世,2005年5月Nokia推出的Nokia 770 Internet Tablet,2006年9月Sony推出的Mylo,均能實現手持式上網。


因此許多人對MID有不同的認定,然經歸納整理後約可分成3種層次,即寬性認定、中性認定、嚴性認定。


就寬性而言,只要是手持式裝置、具備網頁瀏覽器,且可用無線方式上網者,即視為MID。如此範疇相當廣,包括可上網的智慧型手機、具備Wi-Fi無線功效的可攜式媒體播放器(PMP)、乃至Nintendo DS/DSL/DSi、Sony PSP等掌上型遊樂器均可列入。


若以中性認定而言,則是設計之初即決定以口袋型上網為主應用,而非從通話、媒體播放、遊戲等其他應用延伸而成,前述的Nokia 770、Sony Mylo,以及在770之後的N800、N810等均屬此類。


至於從嚴認定,即是僅以Intel推行的架構、系統、平台為基礎所開發成的口袋型上網裝置才稱為MID。


無論從寬或從嚴認定,MID的系統研發仍有其一致脈絡性,以及不可或缺的環節設計,以下將逐一討論各環節設計。


《圖一 2008年台北英特爾開發者論壇(Intel Developer Forum;IDF)的展示區展示著使用Intel固態硬碟的仁寶MID。(攝影:陸向陽)》
《圖一 2008年台北英特爾開發者論壇(Intel Developer Forum;IDF)的展示區展示著使用Intel固態硬碟的仁寶MID。(攝影:陸向陽)》

處理器

MID的處理器,最高階為Intel Atom Z540(1.86GHz),最初階為Nintendo DS的特有處理器,然其架構為ARM946E-S(66.6MHz)與ARM7TDMI(33.3MHz),另也有Sony Mylo所用的Freescale i.MX21(ARM926EJ-S架構)。


除ARM架構、x86架構外,Sony PSP所用的特有處理器,其架構為MIPS R4000(333MHz),屬於異數。處理器除基礎運算外,也部分負責媒體播放時的音視訊解碼工作。


《圖二 MID的簡要系統架構圖。(繪圖:陸向陽)》
《圖二 MID的簡要系統架構圖。(繪圖:陸向陽)》

繪圖處理器

MID的繪圖處理器除基礎的2D顯示功效外,其技術重點在視訊解碼的硬體支援,而3D繪圖功效、效能則不重視。


以Atom Z搭配的晶片組US15W而言,即具備MPEG-2、AVC(指MPEG-4、H.264)、VC-1等視訊格式的硬體解壓縮功效,能大幅降低Atom Z處理器於視訊播放時的運算負荷,同時降低系統功耗。


若未能在繪圖處理電路上增設硬體視訊解壓縮功效,則必須倚賴處理器的特有設計來強化視訊解碼運算,如Nokia 770/800/810系列使用TI OMAP處理器,處理器內具備數位信號處理器(DSP),因此也能加速視訊解壓縮運算。


或者,運用CPU所支援的多媒體指令集,或具DSP功效的延伸指令集,亦可達到若干程度的播放運算負荷。


《圖三 Sony Mylo使用Freescale的i.MX21處理器,該處理器使用ARM的ARM926EJ-S核心,圖為該核心之架構圖。(圖片來源:ARM.com)》
《圖三 Sony Mylo使用Freescale的i.MX21處理器,該處理器使用ARM的ARM926EJ-S核心,圖為該核心之架構圖。(圖片來源:ARM.com)》

記憶體

記憶體最低者為Nintendo DS,僅4MB,最高者為ASUS R60A的高達1GB,然多數以Atom Z設計成的MID,其記憶體多為512MB,而以ARM架構設計成的MID,多為32、64、128MB。


Nintendo DS雖僅以4MB即能執行瀏覽器,然其瀏覽器是以卡匣方式執行,不佔用記憶體,之後的DSL亦採此種方式運作,然更之後的DSi,其瀏覽器即以純軟體方式運作,同時系統也擴增至16MB,因此最少的合理上網執行資源至少為16MB。


不過,16MB仍過於保守,PSP初期以32MB執行,之後PSP-2000將記憶容量擴充至64MB,即明顯改善上網操作、執行之流暢性,因此記憶體依然是多多益善,然在此之外亦需要考慮電池待機、使用性。


《圖四 Nokia於2005年發表770 Internet Tablet,自此開始口袋型上網機的風潮。(圖片來源:Nokia)》
《圖四 Nokia於2005年發表770 Internet Tablet,自此開始口袋型上網機的風潮。(圖片來源:Nokia)》

面板

現階段MID的面板設計相當紊亂,包括吋數、解析度、色深等,都難有一致的設計默契。舉例而言,Nintendo DS使用2片3吋解析度的面板(解析度僅192×256),1片以全寬方式顯示網頁,並可觸控,使用者一旦觸控全寬顯示的某處,則另1片面板會以局部放大方式顯示頁面的細處,如此即便只有2片小吋數面板,仍可獲得可接受的上網體驗。


除NDS外,多數MID均具有3.5吋以上的面板,解析度則多為480×272、480×320、及800×480,嚴格而言皆無法達到以全寬方式顯示頁面(寬像素須具有1024點),明顯影響上網體驗。


對此有3種解決方案,一是採行更高解析度的面板,如Sony的VAIO U系列,其4.5吋面板即有1024×600解析度;二是使用更高吋數的面板,如ASUS R50A使用具1024×600解析度的5.6吋面板;三是使用具網頁縮放功效的瀏覽器,關於瀏覽器技術將在後頭有更多解說。


在色深(Color Depth)方面,以Nokia 770/800/810系列的表現最低,僅16-bit(約6.5萬色,俗稱High Color),除瀏覽一般網頁外,在展現以相片、視訊為主的網頁,其色彩表現將有所折扣。


其次為18-bit,如Nintendo DS/DSL/DSi、Apple iPhone/iPod touch/iPhone 3G等均使用18-bit色深(約26萬色),其表現優於16-bit。進一步的,Sony PSP/PSP-2000/PSP-3000則真正做到24-bit(約1677萬色,俗稱True Color),可謂是目前色深表現最佳的MID。


《圖五 繼770 Internet Tablet後,Nokia又於2007年推出N800、2008年推出N810,N810另有特定的WiMAX版(如圖)。(圖片來源:Nokia)》
《圖五 繼770 Internet Tablet後,Nokia又於2007年推出N800、2008年推出N810,N810另有特定的WiMAX版(如圖)。(圖片來源:Nokia)》

人機介面

人機介面主要分為觸控及鍵盤,以掌上遊戲為主的機種多不具備鍵盤,然Sony Mylo以文字傳訊為主應用訴求,因此具備滑蓋鍵盤,此外以Atom Z架構構成的MID,由於承襲許多PC的設計特點,多半也具備鍵盤。


若沒有實體鍵盤,則部分業者以觸控螢幕模擬出鍵盤效果,如Apple iPhone/iPod touch等即是如此,且因Apple iPhone/iPod touch使用投射式電容觸控,可同時偵測多個手指觸控,因此可接受複合鍵、組合鍵操控,反之Nintendo DS僅具備電阻式觸控,同時間僅能接受1個觸控點,多數輸入仍建議以手寫方式操控。


鍵盤對於大量文字輸入而言相當需要,若僅是輸入網址,則使用觸控螢幕所虛擬的鍵盤即可,或已建立大量書籤後亦可減少網址輸入機會,然若期望在行動間撰寫Blog,或進行信件、留言回應,則鍵盤依然有其必要。部份MID提供類似手機般的複合鍵盤,即每個數字鍵充當3、4個字母鍵,此種輸入相當不便,甚至比觸控虛擬鍵盤不便。


另外,Nokia 770/800/810也具備觸控,Mylo首代不具備觸控,第二代則也具備,唯一堅持不具備觸控的裝置,恐只有Sony PSP系列,以Atom Z構成的MID亦多傾向具備觸控。


觸控有無將明顯影響瀏覽操作,無觸控的MID須不斷以方向鍵方式移動網頁上的連結游標,若1個網頁有20個連結,則經常需要移動十數次才能完成1個連結點按,而入口網站連結尤多,如此操作相當不便。


《圖六 Sony PSP使用NetFront網頁瀏覽器瀏覽Internet網頁。(攝影:Xell)》
《圖六 Sony PSP使用NetFront網頁瀏覽器瀏覽Internet網頁。(攝影:Xell)》

通訊

通訊是MID系統的一大重點,以遊樂器功效延伸成的MID,多僅具備Wi-Fi無線通訊,且通訊距離僅10~30m,與一般Wi-Fi至少80~100m的距離有所落差,關於此原因有二,一是遊樂器的Wi-Fi以玩家間的通訊為主應用,相互距離不遠,不需要達100m的距離,其二是為了精省功耗,提升使用時間,因此減少Wi-Fi發波功率,進而達到省電。


也因為以玩家間通訊為主,而非以HotSpot上網為目標,所以PSP系列始終僅使用11Mbps通量的11b通訊,而未升級成54Mbps通量的11g通訊。


除遊樂器外,多數MID均具備100m距離的Wi-Fi連網通訊,其中Nokia N810更有WiMAX版,直接內建Mobile WiMAX通訊。或如Atom Z構成的MID亦多內建3.5G無線寬頻。


值得注意的是,MID雖具備WiMAX/Mobile WiMAX、3G/3.5G通訊,但卻不支援語音應用,很明顯是為了維護現有3.5G智慧型手機的市場,不期望MID興起後,對3.5G智慧型手機產生推擠效應。


除Wi-Fi、Mobile WiMAX、3.5G外,部分MID也具備Bluetooth、GPS/A-GPS、DVB-T/DVB-H等無線通訊、廣播功效,然均不是MID的重點功效。


《圖七 Opera mini瀏覽器會先以全頁寬方式顯示網頁(圖左),進一步則可操控方框位置,點按後即可將方框位置的圖文內容局部放大(圖右),或回返原有全頁式顯示。(圖片來源:http://www.opera.com/mini/demo/)》
《圖七 Opera mini瀏覽器會先以全頁寬方式顯示網頁(圖左),進一步則可操控方框位置,點按後即可將方框位置的圖文內容局部放大(圖右),或回返原有全頁式顯示。(圖片來源:http://www.opera.com/mini/demo/)》

電池

電池是目前Atom Z架構MID的首要弱點,一般僅提供2~3小時使用時間,然密集運用恐在1小時內用盡電能,因此Intel仍持續強化晶片省電性,期望未來每年均能推出新款的Atom Z晶片,且每一新款晶片期望僅有原有晶片的一半用電。相對的,以ARM架構設計的均能有6~8小時以上的使用時間,甚至更長。


在電池電量上,最低為Nintendo DS的850mAh,最高為2700mAh、3060mAh,此電量已高於部分Netbook,如acer Aspire One僅2200mAh,其餘多數MID的電量多在1000~2000mAh間。


作業系統

MID幾乎全面使用Linux作業系統,然更具體而言是在底層使用Linux,上層的軟體執行環境則各有異。


例如Nokia 770/800/810使用的是Maemo平台,Sony Mylo則使用Qt Extended平台(昔稱Qtopia),前者的應用程式以GTK函式庫開發,用C語言撰寫,後者以Qt函式庫開發,用C++語言撰寫。此外,Google提出的Android並不設限僅用於手機,其他手持式應用亦在其列,而Android應用程式則是使用Java語法撰寫。


此外Apple iPhone/iPod使用自己獨有的Objective-C,但其實類似C++,而Atom Z構成的MID則以Intel發起的Moblin專案為主。


由上述可知,目前MID所用的作業環境相當紊亂,缺乏應用程式交換性,開發工具、函式庫等均沒有共識,是目前投入發展的一大風險。


網頁瀏覽器

最後最重要的,MID的主應用為上網,次之才為媒體播放,至於辦公室文件閱讀、編修等則為選用功效,甚至被棄捨。


由於系統資源之限,MID多無力直接執行PC上的瀏覽器,須改用微型瀏覽器(Micro Browser,亦稱行動瀏覽器Mobile Browser、迷你瀏覽器Mini Browser、無線網路瀏覽器Wireless Internet Browser;WIB)。


而微型瀏覽器的實現方式主要有二,一是直接將原有於PC端執行的完整瀏覽器進行瘦身,使其能輕量化執行,如Opera mini即來自原有的Opera,或如iPhone用的Mobile Safari(修改自Mac的Safari)。另一是開發之初即設定在小資源硬體環境中執行,如ACCESS的NetFront。


除瀏覽器必須瘦身外,部份瀏覽器也非直接擷取、解析Internet網站內容,而是透過一個代理主機(Proxy),瀏覽器先告知該主機需要某網址的內容,由該主機擷取與解析網頁內容後,將網頁的文字排版、圖片顏色及解析度進行轉譯,轉譯成適合小畫面、色深低的面板上顯示。代理主機除了轉譯功效外,亦有若干程度的網頁快取、瀏覽加速功效。


有些瀏覽器一定要透過代理主機才能瀏覽網站,如過去用於Palm PDA上的Blazer,一旦代理主機停止營運,Blazer就只能觀看過去下載的離線網頁。另外,有的瀏覽器不需要倚賴代理主機,能直接存取網站、網頁,或將代理主機視為選用。


若由微型瀏覽器直接瀏覽網頁,為了讓小畫面的瀏覽能與用PC瀏覽有相近的效果,因此網頁呈現之初是以全頁寬方式顯示,進一步再由使用者決定全頁畫面中哪一部分需要放大顯示,以便細覽局部區的圖文內容,此種功效稱為Zoom and Surf或PC View。


總而言之,MID難以做到全然與PC相仿的瀏覽體驗,如iPhone所用的Mobile Safari即不支援Flash及JavaScript網頁,即便使用PC版的Firefox,亦無法支援0年代末大量使用的ActiveX元件,唯Internet Explorer能支援ActiveX。因此,Intel主張MID能帶來Full Internet Experience(完整、不打折的上網體驗感受),恐怕仍只能在Desktop/Nettop、Notebook/Netbook上提供,MID、Smartphone等仍有其努力空間。


<@BOX:本文相關名詞縮寫對照表


MID = Mobile Internet Device


IDF = Intel Developer Forum


Mylo = My Life Online


Wi-Fi = Wireless Fidelity


DS = Dual Screen


DSL = Dual Screen Lite


DSP = Digital Signal Processor


ARM = Acorn RISC Machine、Advanced RISC Machine


MIPS = Microprocessor without Interlocked Pipeline Stages


MPEG = Moving Picture Experts Group


AVC = Advanced Video Coding


VC-1 = Video Codec-1


OMAP = Open Multimedia Application Platform


PC = Personal Computer


WiMAX = Worldwide Interoperability for Microwave Access


GPS = Global Positioning System


A-GPS = Assisted GPS


DVB-T = Digital Video Broadcasting-Terrestrial


DVB-H = Digital Video Broadcasting-Handheld


PDA = Personal Digital Assistant>


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