Computadores Handheld

Indice1. Introducción 2. Arquitectura estándar de las handheld 3. Memoria 4. Software

1. Introducción

El ciclo de computación se está cerrando para la computadora de escritorio. Sólo las ventas directas y los bajos márgenes de ganancia las mantienen vivas. La mayoría de los usuarios inteligentes se ha cambiado a las laptops con replicadores de puerto o estaciones de acoplamiento, y si sus precios fueran más competitivos, es muy probable que las computadoras de escritorio ya estuvieran muertas. La laptop no es el punto final de la computación personal. El sistema del futuro es un dispositivo pequeño, tipo Pilot, que hace todo en una unidad compacta, el cual incorpora un sistema de cómputo completo con disco duro, así como un teléfono celular o un módem de radio, GPS, cámara digital, grabadora de voz y cualquier otro elemento que se pueda añadir. Además, cuenta con puertos a los que se pueden conectar teclado, monitor, mouse y otras opciones E/S. Esto y más puede crearse hoy a un costo considerable, pero todo indica que dicho tipo de dispositivo eventualmente reemplazará las voluminosas máquinas de hoy. Las computadoras de escritorio y las laptop actuales son los dinosaurios del futuro. Los computadores Handheld, o también llamados PDAs (Personal Digital Assistants) son los llamados ordenadores de la palma de la mano y fueron diseñados originalmente como organizadores personales, y ellos hacen esto realmente bien. Las características básicas de cualquier PDA son una agenda, libreta de direcciones, lista de tareas, y block de notas, aunque con el auge de los nuevos procesadores y disponibilidad de software, ya se han potencializado las aplicaciones web, juegos, y casi cualquier otra aplicación de la que se pueda pensar. Aunque estas primeras características son muy provechosas para mantener a cualquier persona ordenada, la característica que enganchó su uso para cualquier persona ocupada que utilice una computadora de escritorio es la de la sincronización fácil de la información con el ordenador del escritorio. Por ejemplo, se puede trabajar fácilmente en el computador de escritorio, concertar nuevas cita y cortar algunas direcciones fuera de un E-mail que alguien me envió y pegarlo en mi agenda o Palm usando mi software del PDAs. La próxima vez que pongo el PDA en la horquilla de adaptación al ordenador de escritorio y lo sincronizo, esa nueva información termina almacenada en mi PDA.

2. Arquitectura estándar de las handheld

Las handheld en sus diferentes y variadas ediciones, comparten una arquitectura básica, aunque con componentes que varían de fabricante en fabricante. Estos son:

Main board: Generalmente consiste de su procesador o CPU, un flash ROM, SDRAM, un puerto serial, un chip de sonido, circuito de entrada y salida de audio, y conectores para la horquilla de sincronización.

CPU: La unidad de procesamiento central varía de fabricante en fabricante. Predominan los procesadores de Motorola y los de Intel. Debe tener su propio generador de señales de reloj, MMU, y capaz de soportar ROM y RAM. Se hace a continuación una reseña de los procesadores más usados en las handhelds:

Motorola® DragonBallÔ MC68328: Fue el primer microprocesador de la serie 68000 específicamente orientado para dispositivos tipo PDA. El MC68328 aun está en producción, pero el MC68EZ328 y el MC68VZ328 ofrecen ventajas en precio, desempeño y periféricos que los hacen los preferidos en los últimos diseños.

Motorola® DragonBallÔ EZ MC68EZ328: La segunda generación de la serie DragonBall. Hereda los periféricos más populares de su predecesor y agrega algunos nuevos. Viene en una caja más pequeña y es más asequible en cuanto a precio. Algunas de sus características son:

• Controlador LCD para soportar paneles LCD de hasta de 640 x 512
• PLL Clock Syn. con soporte a modo de bajo consumo de energía
• Soporte para IrDA infrarrojo
• Interfaz UART para conexión con PC
• Interfaz serial de periféricos (SPI) con conexión al conversor A/D
• Pulse Width Modulation (PWM) con soporte a efectos de audio
• Reloj de Tiempo Real (RTC) con soporte a características de tiempo real
• Timer con soporte a variado software de aplicación
• Disponible en velocidades de 16MHz y 20MHz

Motorola® DragonBallÔ MC68VZ328: El DragonBall VZ (MC68VZ328) es el tercer producto de la serie DragonBall y está diseñado para aplicaciones más sofisticadas que requieren desempeño mejorado. DragonBall VZ incorpora el conjunto de periféricos encontrados en DragonBall EZ mientras a su vez mejora el desempeño y extiende el conjunto de características. Algunas de ellas son:

• Dos timers
• Dos módulos SPI
• Controlador DRAM sincrónico
• Dos puertos UART
• 76 pines E/S de propósito general
• Corre a 33MHz

La siguiente tabla ilustra las diferencias entre los diferentes productos de la serie DragonBallÔ :

Intel® StrongARM SA-1110: Es un procesador de alto desempeño y bajo consumo diseñado para dispositivos multimedia inalámbricos. El Intel® SA-1110 es un procesador de 32 bits altamente integrado de la serie Intel® StrongARM que incorpora el diseño y la tecnología de Intel con la eficiencia en el consumo que ofrece la arquitectura ARM. Además del desempeño, eficiencia, integración y beneficios en el costo, este procesador ofrece un bus de memoria de alta velocidad, un controlador de memoria flexible y la habilidad de manipular dispositivos E/S de latencia variable, como dispositivos de gráficos de alto rendimiento. El procesador SA 1110 consiste de:

• Núcleo de procesamiento: el procesador es el núcleo SA 1 con un caché de 16K bytes para instrucciones y de 8K bytes para datos, unidades de manejo de memoria (MMU), buffers de lectura y escritura y un mini-cache de 512 bytes para datos para mejorar el rendimiento del cacheo de estructuras de datos usadas muy frecuentemente.
• Memoria y módulo de control PCMCIA: Controlador de memoria flexible con soporte a SDRAM, máscaras ROM sincrónicas, ROM, Flash, DRAM, SRAM, E/S de latencia variable tipo SRAM y señales de control PCMCIA.
• Módulo de control del sistema: 28 puertos E/S interrumpibles de propósito general, reloj de tiempo real, watchdog, temporizadores de intervalo, controladores de administración de energía, controlador de interrupciones, controlador de reset, y dos osciladores on-chip.
• Módulo de control de periféricos: Controlador DMA de 6 canales, controlador LCD, controlador de SLCD, controlador compatible con 16550, puerto serial IrDA, puerto serial sincrónico, interfaz USB

En la siguiente figura se muestra el diagrama de bloques de este procesador:

3. Memoria

Comúnmente son empleados chips de flash memory, chips de SDRAM y tarjetas PCMCIA. Las aplicaciones desarrolladas para las handheld deben ser baratas, de bajo consumo de energía y de poco uso de espacio en disco. Dadas estas limitantes, los sistemas operativos para las handheld son eficientes en su uso de la memoria y los recursos del proceso. Hay aspectos de los dispositivos del PalmOS que contribuyen a esta eficacia: Arquitectura de hardware y conectividad con la PC. La primera implementación del PalmOS proporcionaba a respuesta casi instantánea a las entradas del usuario ya que se ejecuta en un procesador Motorola® 68000 de 16 megaciclos con un mínimo de 128K de memoria permanente de almacenaje y 512 KB de dispositivos del SO. Las siguientes arquitecturas proporcionan a la RAM y a la ROM adicionales en cantidades que varían. La ROM y la RAM para cada dispositivo del Palm residen en un módulo de memoria conocido como tarjeta. Cada tarjeta de memoria puede contener la ROM, la RAM, o ambas. No hay almacenaje de la RAM o de la ROM en la placa base del dispositivo. Aunque todos los dispositivos anteriores y actuales del Palm sostienen una tarjeta en una ranura accesible al usuario, es imprudente asumir que cualquier dispositivo de las handheld tiene un módulo de memoria que se pueda quitar físicamente. Una "tarjeta" es simplemente una construcción lógica usada por el sistema operativo — los dispositivos del Palm pueden tener una tarjeta, tarjetas múltiples, o ninguna tarjeta. Por ejemplo, el simulador proporcionado por el OS SDK del Palm puede simular un dispositivo que tenga dos tarjetas. La ROM y la RAM en cada tarjeta se dividen en unos o más montones o pilas de 64K (en el hardware actual) o menos. Todos las pilas o montones basados en RAM en una tarjeta de memoria se tratan como almacenes de RAM mientras que todos los montones basados en ROM se tratan como los almacenes de la ROM. Las pilas para un almacén no tienen que estar adyacentes a uno a en el espacio de direccionamiento — ellos se pueden dispersar a través de la memoria en la tarjeta — sino que deben todos residir en la misma tarjeta. La principal suite de aplicaciones proporcionadas en cada dispositivo del Palm se construye en la ROM. Este diseño permite que el usuario substituya el sistema operativo y la suite de aplicaciones entera simplemente instalando un solo módulo del reemplazo. Las aplicaciones adicionales o de reemplazo y las extensiones del sistema se pueden cargar en RAM, pero el hacer esto no es siempre práctico en un ambiente de RAM restringida. La conectividad con las PCs es un componente integral de las handheld. El dispositivo viene con una horquilla que conecta con una PC de escritorio y con el software lógico para la PC que proporciona la sincronización de todos los datos en el dispositivo con las PCs del usuario. Como todos los datos del usuario pueden tener una copia de seguridad en la PC, el reemplazo del almacén permanente de memoria del dispositivo de la handheld se convierte en algo tan fácil como instalar el módulo nuevo en lugar el viejo y de resincronizarse con la PC. El formato de los datos del usuario en almacenamiento RAM puede cambiar con una nueva versión de la ROM; el software de conectividad con la PC es responsable de traducir los datos en el formato correcto al descargarla sobre un dispositivo con una ROM nueva.

Arquitectura de la Memoria El software del sistema de los handheld se diseña alrededor de una configuración de 32-bit. El sistema utiliza direcciones de 32-bit, y sus tipos básicos de datos son de 8, 16, y 32 dígitos binarios de largo. Las direcciones de 32-bit disponibles para el software proporcionan un total de 4 GB de espacio de direccionamiento para salvar código y datos. Este espacio de direccionamiento produce un potencial de crecimiento grande para las revisiones futuras de tanto el hardware como software lógica sin afectar su modelo de ejecución. Aunque una memoria grande está disponible, los dispositivos handheld fueron diseñados para trabajar eficientemente con cantidades pequeñas de RAM. Por ejemplo, el primer dispositivo comercial del PalmOS tiene menos de 1 MB de memoria, o tan solo .025% de su espacio de direccionamiento (o address space). Los registros de 32-bit del procesador Motorola 68328 y sus 32 líneas internas del direccionamiento también utilizan un modelo de ejecución de 32-bit, aunque el bus de datos externo es de solamente 16 dígitos binarios de amplitud. Este diseño reduce coste sin la afectación del modelo del software. El regulador del bus del procesador analiza automáticamente: lee a 32-bit y escribe en 16-bit. Cada tarjeta de memoria en el dispositivo las handheld tiene 256 MB de espacio de direccionamiento reservado para ella. La tarjeta de memoria 0 comienza en el direccionamiento $1000000, la tarjeta de memoria 1 comienza en el direccionamiento $2000000, etcétera. El PalmOS divide el espacio disponible total de la RAM en dos áreas lógicas: la RAM dinámica y el almacenaje RAM. La RAM dinámica se utiliza como espacio de funcionamiento para las asignaciones temporales, y es análogo a la RAM instalada en un sistema de escritorio típico. El resto de la RAM disponible en la tarjeta se señala como RAM del almacenaje y es análogo al almacenamiento en discos en un sistema de escritorio típico.

Puertos io: Las handheld generalmente tienen varios puertos seriales como infrarrojos, FIR/SIR y otro para comunicarse con la horquilla de sincronización, que generalmente va unido a la main board.

Touch panel: O interfaz principal de entrada. Mediante un lápiz especial, ingresamos datos a la computadora handheld.

Lcd: El display de cristal líquido es el encargado de desplegar los gráficos en las ordenadoras de bolsillo. Existen unas pocas handheld de última generación que soportan color.

Fuente de poder: En forma de baterías compactas o un adaptador a la corriente directa.

Buses: Las handheld aun no soportan buses USB, pero su desarrollo esta siendo realizado por la empresa Palm. Mientras tanto, se recomienda hacer uso de algún adaptador de USB-Serial.

Sonido:La última generación de los handhelds, trae incorporado un chip de sonido con CODECs que soportan MiniDisc (MD), Home Stereo y aplicaciones portátiles. El que está siendo integrado en la mayoría de handhelds es el reconocido Phillips UDA 1341TS. Estos chips traen unas velocidades de sampleo según los estándares ANSI (8 KHz, 11.025 KHz, 22.05 KHz, 44.1 Khz) y permiten la entrada de audio mediante un micrófono.

Periféricos Existe una amplia variedad de periféricos que se pueden ser acoplados a las organizadoras personales digitales o computadores handheld. Entre ellas están módems, cámaras fotográficas, cámaras de video, impresoras, almacenamiento externo, scanners, etc. Algunos handheld soportan la arquitectura de buses serial y otros soportan su propia arquitectura, aunque el estándar que lleva la empresa Palm es el más reconocido del mercado. Una handheld muy popular que cuenta con una configuración muy similar a esta es la Compaq iPAQ H3600.

4. Software

Sistemas Operativos Hay varios sistemas operativos importantes de los handheld que están compitiendo para el mercado. Algunos de estos son:

Palmos: Tipos de Aplicaciones Una Palm puede ejecutar dos tipos de aplicaciones: Aplicaciones web-clipping (WCA), que son una especie de mini aplicaciones web, y las tradicionales aplicaciones GUI.

WCA: Una WCA es un conjunto de páginas HTML comprimidas en un formato especial llamado PQA (Palm Query Application) y descargado a la handheld. A pesar de que la creación de una WCA es similar a la de cualquier otra aplicación web, lucen muy diferentes. Una WCA debe ser pequeña y compacta por que están diseñadas para desplegarse en pantallas pequeñas y viajar a través de conexiones lentas.

Aplicaciones GUI: Las aplicaciones GUI son por lo general programas de un solo hilo y orientados a eventos. Sólo se puede ejecutar una aplicación a la vez, ya que PalmOS es un sistema mono-tarea. Si se abre un programa durante la ejecución de otro, se detiene el primero hasta que el nuevo termine o el usuario quiera volver al programa anterior. Las aplicaciones Palm OS son compiladas en archivos PRC (Palm Resource file). El mismo PRC corre en cualquier producto que ejecute Palm OS. Hay numerosos ambientes de desarrollo para aplicaciones Palm OS en muchos lenguajes de programación, tales como C, C++, Visual BASIC, Java, etc. De nuevo, las mismas consideraciones de rendimiento aplican en cuanto a la escogencia de lenguaje. El más usado sigue siendo C (y C++), ya que además de ser los mejores lenguajes de programación creados, desde muchos puntos de vista, Palm OS ofrece un SDK escrito en C, además de una vasta documentación y herramientas. Desarrollar aplicaciones para Palm OS requiere diferentes consideraciones que las tenidas en mente cuando se desarrolla para una PC (que cuenta con una pantalla grande a color y donde los usuarios usualmente usan por horas). Las Palm, en contraste, son de bajo poder, pequeñas, operadas por baterías, y de uso frecuente pero intermitente. Estas son las consideraciones a tener en cuenta:

• Tamaño de la pantalla: La mayoría de las handhelds tienen una pantalla de 160×160 píxeles, limitando la información que se puede desplegar. Es por esto que las aplicaciones usan frecuentemente pantallas ocultas y desktops virtuales para explotar al máximo este reducido espacio.
• Patrón de uso: El uso típico de una handheld es muchas veces al día por períodos cortos de tiempo. Es por esto que las aplicaciones deben ofrecer interfaz lo más explícitas posibles, con accesos directos y evitar al máximo los menús jerárquicos que hacen que uno pierda demasiado tiempo tratando de buscar lo que uno necesita.
• Entradas Limitadas: Las aplicaciones deben evitar en la medida de lo posible la entrada de datos por parte de los usuarios, ya que los mecanismos de entrada (teclado en pantalla y programa de reconocimiento de trazado de caracteres) no son tan eficientes como un teclado de PC. Se deben idear entonces, mejores formas de interactuar con el usuario.
• Poder: La velocidad de procesamiento de una handheld fluctúa entre 16MHz y 33MHz. No están hechas para llevar a cabo el mismo tipo de procesamiento que una PC de escritorio.
• Baterías: Las baterías son relativamente pequeñas en una handheld, pero increíblemente duraderas (en muchos casos exceden un mes). De todos modos uno esperara no gastar demasiado pero al mismo tiempo usar su aparato sin preocuparse demasiado. Por lo tanto, las aplicaciones deben evitar al máximo aquellas operaciones que consumen demasiada energía, como las comunicaciones seriales e infrarrojas, sonido, animaciones largas o cualquier otra tarea que hagan uso de la CPU por períodos largos de tiempo.
• Memoria: Cada handheld tiene un espacio de almacenamiento limitado, de 512KB hasta 8MB y un montículo dinámico de 32K a 256K. La optimización es crítica. Los programas deben optimizarse en el siguiente orden: espacio de montículo, velocidad, tamaño.
• Almacenamiento de datos: Una palm almacena los datos en unos bancos de memoria llamados registros, los cuales están agrupados en bases de datos para maximizar el uso del limitado espacio. Una base de datos es el análogo de un archivo.
• Compatibilidad hacia Atrás: Este es un factor clave en Palm OS, ya que los usuarios no necesitan actualizar su sistema operativo como el los sistemas operativos de PC. Siempre estará disponible la ultima versión del SDK con el que se podrá crear aplicaciones que correrán hasta en las versiones más viejas.

Windows CE: Windows CE (Compact Edition), es el más joven sistema operativo del gigante Microsoft, está dedicado a controlar todo tipo de dispositivos, principalmente ordenadores de bolsillo o "handheld PCs". Sin duda, Microsoft puede disfrutar del éxito que está consiguiendo Windows CE: cada vez son más los fabricantes de hardware que presentan sus productos gobernados por este sistema operativo. Varias compañías, incluyendo Compaq, Hewlett Packard, y Casio están haciendo los PDAs que ejecutan el sistema operativo de bolsillo de Microsoft o Windows CE y se están posicionando competitivamente en la actualidad en segundo lugar al PalmOS en el mercado de los handheld. Sin embargo, Microsoft intenta cada vez más en mejorar su cuota de mercado Y, a pesar de ser un sistema operativo joven y dedicado a máquinas con recursos limitados, Windows CE está demostrando su robustez y excelentes características que, en ciertos casos, incluso puede hacer sombra a su hermano mayor Windows 95. CE es un sistema operativo multitarea de 32 bits optimizado para trabajar con equipos muy limitados en recursos. Sin embargo, con la versión 2.0 de Windows CE parece suceder algo parecido que con sus hermanos mayores: Con cada nueva versión de sistema operativo, crecen los requerimientos mínimos de hardware para un funcionamiento óptimo del sistema. Ya han aparecido equipos con 8 o con 16 Mbytes de RAM. Uno de los principales atractivos de CE es que integra la mismo interfaz que Windows 95 o NT 4.0. Por lo tanto el tiempo de aprendizaje resulta mínimo para los usuarios acostumbrados a los entornos de Microsoft. Además junto con el sistema operativo se entregan varias versiones de bolsillo o "pocket" de los programas más conocidos de Microsoft: Word. Excel, PowerPoint y, por supuesto, Internet Explorer y Outlook. Al incluir estas utilidades (grabadas en ROM como el sistema operativo) cualquier usuario dispondrá de las utilidades más importantes al adquirir su handheld PC. Además del software que acompaña a cualquier ordenador con Windows CE, cada vez es mayor la cantidad de shareware disponible para dicho sistema (por el momento sólo se pueden programar aplicaciones con Microsoft VisualC++ recompilando el código para cada procesador, aunque en breve también será posible hacerlo con VisualBasic). Es importante remarcar que Windows CE 2.0 se encuentra disponible en español (así como en otros varios idiomas además del inglés), por lo que, por primera vez, los usuarios de ordenadores de bolsillo no tendrán que renunciar a utilizar la letra ñ o los acentos. CE está resultando un sistema muy versátil que puede adaptarse a varios mercados y necesidades muy diferentes, algo que no es ajeno a Microsoft. Además de gobernar a los ordenadores de bolsillo, CE puede utilizarse también un "thin-client" o alterativa a los Network Computers (algo muy interesante para Microsoft en su guerra contra Sun y Java), o como sistema operativo de electrodomésticos. Asimismo, también CE puede resultar una alternativa a su hermano mayor Windows 95 en el segmento de portátiles de bajo coste (ya están apareciendo handheld PCs con teclados y pantallas más adecuados para escribir rápidamente).

EPOC: Symbian es una empresa a riesgo compartido entre Psion, Nokia, Ericsson y Motorola que ha producido el sistema operativo EPOC. Éste OS es actualmente utilizado en las PDAs producidas por Psion, Ericsson y Scientific Oregon. EPOC sigue siendo el sistema operativo más popular de los handhelds en Europa donde su capacidad de manejar comunicaciones móviles es un importante recurso.

GNU/Linux: Los fanáticos del sistema operativo GNU/Linux han logrado crear una nueva distribución que corre en la mayoría de computadoras handheld, siendo esta también una atractiva alternativa para las personas que estén relacionadas en el ámbito de Unix.

Autor:

Jaime Andrés García

Universidad EAFIT Medellín – Colombia