無需重度使用資源，HMI 實現(xiàn)另辟蹊徑

十多年前 iPhone 的推出，昭示著我們?nèi)粘Ｉ钪械亩鄠€重要領(lǐng)域?qū)l(fā)生翻天覆地的變化。這款變革性手持設(shè)備在塑造我們與技術(shù)的即時交互方式（即使用觸摸方式）方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。盡管在此之前觸摸屏已存在多年，但正是 iPhone 產(chǎn)品（以及其他制造商隨后推出的產(chǎn)品）的問世，讓觸摸屏最終獲得了全球追捧。如今，觸摸屏極大改變了整個社會的運作方式，可以說人們已經(jīng)離不開它了。

傳統(tǒng)的人機接口 (HMI) 過去主要由機械按鈕、旋鈕、開關(guān)以及 7 段式 LED 顯示屏或字符矩陣顯示裝置組成，現(xiàn)已逐漸由全彩色 TFT-LCD 屏幕所取代，融合了聲音、視頻、動畫，當(dāng)然還有觸摸功能。雖然應(yīng)用處理器的處理速度一直在與時俱進地不斷提升，但在普通電子器件中承擔(dān)大部分繁重工作的微控制器單元 (MCU) 的計算能力卻一直沒有得到顯著提高。

現(xiàn)今的大多數(shù) MCU 由經(jīng)典的 8051 內(nèi)核或 Arm? Cortex?-M 系列內(nèi)核支持，主要設(shè)計用途是執(zhí)行控制和傳感任務(wù)。這些 MCU 與更昂貴且功能更強大的應(yīng)用處理器姊妹產(chǎn)品不同，并未配備圖形處理單元 (GPU)。由此帶來了一個脫節(jié)問題：人們在習(xí)慣了智能手機的高水平觸摸交互體驗后，現(xiàn)在期望在使用其他設(shè)備（無論是零售、醫(yī)療還是工業(yè)設(shè)備）時也能獲得相同水平的觸摸、手感和響應(yīng)體驗。然而，MCU 并不能提供這種水平的用戶體驗。它們需要“幫手”。

如果系統(tǒng) MCU 要擔(dān)負 HMI 任務(wù)開銷，則勢必會占用用于其核心任務(wù)的部分處理能力，因此將影響到整體性能。此外，由于顯示屏需要逐個像素進行呈現(xiàn)和刷新，因此需要使用幀緩沖區(qū)，以及大容量閃存來存儲所有圖形數(shù)據(jù)。若要包含這些組件，將會占用空間，增加功率預(yù)算，并提高物料清單成本。

Bridgetek獲獎的嵌入式視頻引擎(EVE) 系列 IC 采用面向?qū)ο蟮膭?chuàng)新方法，專門為解決 HMI 領(lǐng)域的技術(shù)差距而設(shè)計。每個器件中都封裝有功能強大的 GPU、顯示命令處理器、JPEG 解碼器、LCD 控制器、音頻處理器和觸摸處理器。當(dāng) EVE 芯片與任何標(biāo)準(zhǔn)的 MCU 配對使用時，系統(tǒng)的用戶體驗可以達到非常接近于先進智能手機的水平。

EVE 能夠簡化 HMI 系統(tǒng)的工作，方法是以大量具有預(yù)定義特性（圓形、方形、蜂鳴等）的組成對象形式，來處理需要的所有圖像和音頻內(nèi)容。這意味著不必獲取 HMI 中所包含圖形或聲音的所有細節(jié)，而只需為每個元素分配一個簡單的標(biāo)識符。因此，這會極大減少所需的數(shù)據(jù)傳輸，從而減少 MCU 的工作壓力，且無需使用幀緩沖區(qū)或大容量閃存。當(dāng)需要更復(fù)雜的對象（如滑塊、開關(guān)、時鐘和量表）時，便可從全面的預(yù)編程庫中獲得。

圖 1：家用電器和零售應(yīng)用場景中的 EVE 示例（圖片來源：Bridgetek）

第三代BT81X 系列EVE 芯片借助自適應(yīng)可擴展紋理壓縮 (ASTC) 功能，實現(xiàn)了強大的獨立即時模式呈現(xiàn)功能。該系列可以支持高達 1280 x 720 像素的顯示屏分辨率、最大 11 英寸的面板對角線尺寸，并支持具有多達 5 個觸控點檢測能力的電容式觸摸屏。EVE 有能力通過大幅更新 HMI 特性，為傳統(tǒng)的電子硬件注入新的生命力。很多應(yīng)用都能從這項技術(shù)中獲益，包括：收銀機 (PoS)、家用電器、血壓監(jiān)測器、電表、機頂盒、科研儀器、電梯控制、安全系統(tǒng)、工業(yè)控制、GPS 導(dǎo)航設(shè)備、心率監(jiān)測儀、自動售貨機和家庭自動化系統(tǒng)。圖 1 顯示了在以下應(yīng)用中實現(xiàn) EVE（通過 SPI 接口與 MCU 連接）的示例：a) 一款先進洗衣機的 HMI，和 b) 葡萄酒專賣店的智能貨架。

另一個應(yīng)用更先進 HMI 的巨大機會存在于汽車行業(yè)。EVE 已經(jīng)在電動汽車 (EV) 和售后汽車配件方面贏得了大量市場份額。在其他方面，EVE 可以應(yīng)用于儀表板儀表組、信息娛樂系統(tǒng)、側(cè)視鏡和后視鏡、平視投影儀和后座娛樂系統(tǒng)等等。

目前，業(yè)界正在設(shè)計大量的車內(nèi)輔助顯示屏，作為中央信息娛樂系統(tǒng)的補充，旨在讓乘客的旅行體驗更加愉悅，并提供更高的個性化程度。這些顯示屏可以用于導(dǎo)航、多媒體娛樂和連接目的。在這種應(yīng)用中，EVE 在用作集成的 HMI 引擎時，可以與成本相對較低的 MCU 配對使用，以取代昂貴的應(yīng)用處理器、閃存和 DRAM 內(nèi)存子系統(tǒng)。最終，這種解決方案簡易小巧，價格也更有競爭力。

圖 2：應(yīng)用于汽車儀表板的 EVE（圖片來源：Bridgetek）

圖 2 顯示了 EVE 技術(shù)在汽車儀表板單元中是如何使用的?；陲@示屏的而不是機械的 HMI 實現(xiàn)，可帶來高得多的設(shè)計靈活性。駕駛員可以根據(jù)個人喜好，輕松地在現(xiàn)代與復(fù)古風(fēng)格間切換，還可以從標(biāo)準(zhǔn)駕駛模式轉(zhuǎn)換為運動模式。此外也可以根據(jù)駕駛員的個性品位，改變顏色方案。

圖 3：電動汽車充電應(yīng)用中的 EVE（圖片來源：Bridgetek）

此外，在車輛診斷方面也有很大的應(yīng)用可能性。圖 3 顯示的是用于電動汽車儀表板中的 EVE。在該應(yīng)用中，MCU 從相關(guān) ECU 獲取輸入，使 EVE 能夠通過視頻播放功能，以醒目的動畫形式將關(guān)鍵參數(shù)（如車速、剩余航程、電機速度、電池電量水平、能量再生等）實時呈現(xiàn)在顯示屏上。

圖 4：汽車座位調(diào)節(jié)（圖片來源：Bridgetek）

圖 4 顯示的是座位調(diào)節(jié) HMI。在該應(yīng)用中，EVE 負責(zé)處理圖形表示、在顯示屏上的呈現(xiàn)和用戶觸摸輸入。用戶可以配置首選設(shè)置，如座椅位置、靠背位置、靠背高度等。這些配置可以存儲在預(yù)設(shè)設(shè)置中，在需要時再調(diào)用出來。

為幫助工程師開發(fā) EVE 項目，還提供了一款全面的開發(fā)套件來支持該平臺。該套件由 EVE Screen Designer (ESD)、EVE Screen Editor (ESE) 和 EVE Asset Builder (EAB) 組成。ESD 提供了最高的抽象級別，為工程師提供了支持整個 EVE 開發(fā)周期的完整工作流程。它采用可視化編程模式，更方便 HMI 的快速構(gòu)建。ESE 是一款直觀的 HMI 應(yīng)用，目標(biāo)用戶是初級/中級 EVE 用戶。該工具的作用是幫助用戶理解 EVE 命令的用法。用戶可以構(gòu)造一個靜態(tài)屏幕，方法是拖放對象，或者直接鍵入 EVE 命令，以在屏幕上實例化對象。內(nèi)置的 EVE 仿真器可按照所選的屏幕尺寸和分辨率，精確傳達顯示命令的效果。EAB 應(yīng)用的作用是讓用戶轉(zhuǎn)換所有 HMI 資產(chǎn)（如圖像、音頻、視頻、字體數(shù)據(jù)等），以便可以將它們組合成兼容 EVE 的格式。

EVE 生態(tài)系統(tǒng)（及其芯片和支持工具鏈）可用于構(gòu)建生動、多彩而豐富的觸控型 HMI，從而實現(xiàn)更滿意的用戶體驗。而且，這也不需要使用昂貴的應(yīng)用處理器 IC 來實現(xiàn)。如今，這項技術(shù)的應(yīng)用范圍正在獲得越來越多的行業(yè)的認可，包括在汽車行業(yè)的日益普及。