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无需重度使用资源,HMI 实现另辟蹊径

作者:Sreedharan Bhaskaran, Senior Manager, Software Engineering, Bridgetek Pte Ltd

十多年前 iPhone 的推出,昭示着我们日常生活中的多个重要领域将发生翻天覆地的变化。这款变革性手持设备在塑造我们与技术的即时交互方式(即使用触摸方式)方面发挥着关键作用。尽管在此之前触摸屏已存在多年,但正是 iPhone 产品(以及其他制造商随后推出的产品)的问世,让触摸屏最终获得了全球追捧。如今,触摸屏极大改变了整个社会的运作方式,可以说人们已经离不开它了。

传统的人机接口 (HMI) 过去主要由机械按钮、旋钮、开关以及 7 段式 LED 显示屏或字符矩阵显示装置组成,现已逐渐由全彩色 TFT-LCD 屏幕所取代,融合了声音、视频、动画,当然还有触摸功能。虽然应用处理器的处理速度一直在与时俱进地不断提升,但在普通电子器件中承担大部分繁重工作的微控制器单元 (MCU) 的计算能力却一直没有得到显著提高。

现今的大多数 MCU 由经典的 8051 内核或 Arm® Cortex®-M 系列内核支持,主要设计用途是执行控制和传感任务。这些 MCU 与更昂贵且功能更强大的应用处理器姊妹产品不同,并未配备图形处理单元 (GPU)。由此带来了一个脱节问题:人们在习惯了智能手机的高水平触摸交互体验后,现在期望在使用其他设备(无论是零售、医疗还是工业设备)时也能获得相同水平的触摸、手感和响应体验。然而,MCU 并不能提供这种水平的用户体验。它们需要“帮手”。

如果系统 MCU 要担负 HMI 任务开销,则势必会占用用于其核心任务的部分处理能力,因此将影响到整体性能。此外,由于显示屏需要逐个像素进行呈现和刷新,因此需要使用帧缓冲区,以及大容量闪存来存储所有图形数据。若要包含这些组件,将会占用空间,增加功率预算,并提高物料清单成本。

Bridgetek 获奖的嵌入式视频引擎 (EVE) 系列 IC 采用面向对象的创新方法,专门为解决 HMI 领域的技术差距而设计。每个器件中都封装有功能强大的 GPU、显示命令处理器、JPEG 解码器、LCD 控制器、音频处理器和触摸处理器。当 EVE 芯片与任何标准的 MCU 配对使用时,系统的用户体验可以达到非常接近于先进智能手机的水平。

EVE 能够简化 HMI 系统的工作,方法是以大量具有预定义特性(圆形、方形、蜂鸣等)的组成对象形式,来处理需要的所有图像和音频内容。这意味着不必获取 HMI 中所包含图形或声音的所有细节,而只需为每个元素分配一个简单的标识符。因此,这会极大减少所需的数据传输,从而减少 MCU 的工作压力,且无需使用帧缓冲区或大容量闪存。当需要更复杂的对象(如滑块、开关、时钟和量表)时,便可从全面的预编程库中获得。

家用电器和零售应用场景中的 EVE 示例图片

图 1:家用电器和零售应用场景中的 EVE 示例(图片来源:Bridgetek)

第三代 BT81X 系列 EVE 芯片借助自适应可扩展纹理压缩 (ASTC) 功能,实现了强大的独立即时模式呈现功能。该系列可以支持高达 1280 x 720 像素的显示屏分辨率、最大 11 英寸的面板对角线尺寸,并支持具有多达 5 个触控点检测能力的电容式触摸屏。EVE 有能力通过大幅更新 HMI 特性,为传统的电子硬件注入新的生命力。很多应用都能从这项技术中获益,包括:收银机 (PoS)、家用电器、血压监测器、电表、机顶盒、科研仪器、电梯控制、安全系统、工业控制、GPS 导航设备、心率监测仪、自动售货机和家庭自动化系统。图 1 显示了在以下应用中实现 EVE(通过 SPI 接口与 MCU 连接)的示例:a) 一款先进洗衣机的 HMI,和 b) 葡萄酒专卖店的智能货架。

另一个应用更先进 HMI 的巨大机会存在于汽车行业。EVE 已经在电动汽车 (EV) 和售后汽车配件方面赢得了大量市场份额。在其他方面,EVE 可以应用于仪表板仪表组、信息娱乐系统、侧视镜和后视镜、平视投影仪和后座娱乐系统等等。

目前,业界正在设计大量的车内辅助显示屏,作为中央信息娱乐系统的补充,旨在让乘客的旅行体验更加愉悦,并提供更高的个性化程度。这些显示屏可以用于导航、多媒体娱乐和连接目的。在这种应用中,EVE 在用作集成的 HMI 引擎时,可以与成本相对较低的 MCU 配对使用,以取代昂贵的应用处理器、闪存和 DRAM 内存子系统。最终,这种解决方案简易小巧,价格也更有竞争力。

应用于汽车仪表板的 EVE 图片

图 2:应用于汽车仪表板的 EVE(图片来源:Bridgetek)

图 2 显示了 EVE 技术在汽车仪表板单元中是如何使用的。基于显示屏的而不是机械的 HMI 实现,可带来高得多的设计灵活性。驾驶员可以根据个人喜好,轻松地在现代与复古风格间切换,还可以从标准驾驶模式转换为运动模式。此外也可以根据驾驶员的个性品位,改变颜色方案。

电动汽车充电应用中的 EVE 图片

图 3:电动汽车充电应用中的 EVE(图片来源:Bridgetek)

此外,在车辆诊断方面也有很大的应用可能性。图 3 显示的是用于电动汽车仪表板中的 EVE。在该应用中,MCU 从相关 ECU 获取输入,使 EVE 能够通过视频播放功能,以醒目的动画形式将关键参数(如车速、剩余航程、电机速度、电池电量水平、能量再生等)实时呈现在显示屏上。

汽车座位调节图片

图 4:汽车座位调节(图片来源:Bridgetek)

图 4 显示的是座位调节 HMI。在该应用中,EVE 负责处理图形表示、在显示屏上的呈现和用户触摸输入。用户可以配置首选设置,如座椅位置、靠背位置、靠背高度等。这些配置可以存储在预设设置中,在需要时再调用出来。

为帮助工程师开发 EVE 项目,还提供了一款全面的开发套件来支持该平台。该套件由 EVE Screen Designer (ESD)、EVE Screen Editor (ESE) 和 EVE Asset Builder (EAB) 组成。ESD 提供了最高的抽象级别,为工程师提供了支持整个 EVE 开发周期的完整工作流程。它采用可视化编程模式,更方便 HMI 的快速构建。ESE 是一款直观的 HMI 应用,目标用户是初级/中级 EVE 用户。该工具的作用是帮助用户理解 EVE 命令的用法。用户可以构造一个静态屏幕,方法是拖放对象,或者直接键入 EVE 命令,以在屏幕上实例化对象。内置的 EVE 仿真器可按照所选的屏幕尺寸和分辨率,精确传达显示命令的效果。EAB 应用的作用是让用户转换所有 HMI 资产(如图像、音频、视频、字体数据等),以便可以将它们组合成兼容 EVE 的格式。

EVE 生态系统(及其芯片和支持工具链)可用于构建生动、多彩而丰富的触控型 HMI,从而实现更满意的用户体验。而且,这也不需要使用昂贵的应用处理器 IC 来实现。如今,这项技术的应用范围正在获得越来越多的行业的认可,包括在汽车行业的日益普及。

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Sreedharan Bhaskaran, Senior Manager, Software Engineering, Bridgetek Pte Ltd