如何為HMI選擇正確的微處理單元

在本文中，了解為工業(yè)人機界面（HMI）應用選擇正確的微處理單元（MPU）時需要考慮的不同因素。

自從標準是由燈、刻度盤和手動開關組成的面板以來，HMI已經(jīng)有了很大的發(fā)展。隨著這種演變，需要具有高級顯示和/或攝像頭功能的HMI，包括2D/3D成像和圖像識別，其中許多都涉及HD（高清）要求，如圖1所示。

圖1。現(xiàn)在，許多HMI都涉及攝像頭、圖像和視頻技術，例如概述的高性能系統(tǒng)。通過選擇MPU可以支持必要的功能。圖片由瑞薩電子提供。

為此類應用實現(xiàn)高性能、可靠性和效率以及較短的上市時間對于在此類市場中保持競爭力至關重要。出于這個原因，負責設計HMI的工程師可能會考慮使用嵌入式MPU來處理顯示和相機相關的功能。

在本文中，通過Renesas的示例了解MPU如何使常見的HMI應用程序受益。

人機界面應用

有幾個應用程序和行業(yè)依賴HMI來提供高分辨率圖像和攝像頭功能：

商業(yè)：家庭安全、門鈴系統(tǒng)、多功能打印機、樓宇自動化控制面板、白色家電

業(yè)務：數(shù)字標牌、KIOSK/POS終端、商業(yè)顯示器、條碼掃描器、認證門禁系統(tǒng)、辦公設備、手寫識別

行業(yè)：工業(yè)標牌、CNC設備、手持終端、測量設備、檢測設備、診斷面板、工業(yè)面板

醫(yī)療：醫(yī)療顯示器、病人監(jiān)護系統(tǒng)

使用MPU解決方案可以顯著增強這些應用程序。例如，選擇具有快速、強大的中央處理器（CPU）的MPU可以加快安全產(chǎn)品、患者監(jiān)護系統(tǒng)、工業(yè)面板和KIOSK/POS終端的圖像和/或視頻處理，更不用說標牌和數(shù)字顯示。

增強圖像處理能力的另一個例子包括專用圖像處理和圖形處理單元（GPU）的使用，進一步提高了檢查設備、條形碼掃描儀、認證控制面板、家庭安全和多功能打印機的性能和速度。

為HMI選擇嵌入式MPU解決方案

在為HMI選擇嵌入式MPU解決方案時，應首先考慮某些關鍵特性：

CPU性能、處理速度和內(nèi)存

專用圖像處理軟件

可靠性

安全功能

長期軟件支持

開發(fā)套件的可用性

CPU注意事項

在尋找嵌入式MPU解決方案時，CPU性能至關重要，內(nèi)存和處理速度在視頻分辨率和2D/3D功能等因素中也起著重要作用。

基于ARM的CPU是一種常見的選擇，可用作單核或雙核。ARMCortex-ACPU因其性能和低功耗而非常適合HMI。例如，一些64位Cortex-ACPU提供高達1.2GHz的速度。

選擇正確的處理器應該平衡性能和圖像處理速度。例如，雖然雙核CPU速度更快，因為它們允許更多處理器同時運行，但它們并不總是正確的選擇。如果軟件不支持多核技術，雙核選項不會增加速度或處理優(yōu)勢。

帶有支持軟件的MPU示例如圖2所示。

圖2。RZ/G2LMPU的框圖。圖片由瑞薩電子提供。

圖像處理軟件

專用的圖像處理軟件，如視頻編解碼器、視頻引擎和圖形引擎，也很重要。它可以處理圖形和處理壓縮/解壓縮（即H.264和H.265），而不會給一般軟件帶來負擔。該圖像處理軟件可以包括高級HMI功能的特定功能，例如3D圖形和高分辨率視頻。

可靠性糾錯碼

可靠性對于任務關鍵型應用程序尤其重要，包括用于內(nèi)部和外部存儲器的內(nèi)置糾錯碼（ECC）等功能。ECC在數(shù)據(jù)傳輸中發(fā)揮著重要作用，因為即使某些位被錯誤地翻轉，它們也允許重新生成消息。

基于硬件的安全性

關鍵安全功能包括安全啟動、調(diào)試，以及用于ArmCPU的ArmTrustZone。ArmTrustZone專為嵌入式硬件而創(chuàng)建，同時在同一內(nèi)核上運行安全操作系統(tǒng)（操作系統(tǒng)）和安全性較低的操作系統(tǒng)以提高安全性。

長期支持基礎設施

在某些HMI應用程序中，工業(yè)和基礎設施設備制造商由于設備的使用壽命而期望獲得長期的軟件支持。這種類型的長期支持通過具有超長期支持（SLTS）驗證Linux軟件包的民用基礎設施平臺（CIP）在某些MPU（例如，瑞薩電子RZ/G系列）中提供。

圖3。RZ/G2參考板的框圖概述，突出顯示了CIPSLTS內(nèi)核。圖片由瑞薩電子提供。

CIP是工業(yè)級軟件的開源基礎層，專為基礎設施系統(tǒng)的長期管理而設計。尤其是SLTSLinux內(nèi)核，可確保超過10年的支持。

用于工業(yè)HMI的瑞薩電子RZ/A和RZ/G系列

瑞薩電子RZ產(chǎn)品系列的64位和32位基于Arm的MPU包括兩個可供工業(yè)HMI選擇的系列：RZ/A和RZ/G系列。

RZ/G2L、RZ/G2LC和RZ/A1H適用于顯示相關的HMI應用，而RZ/A2M推薦用于相機相關的HMI應用。

RZ/A2M嵌入了DRP（動態(tài)可重構處理器）技術，可通過嵌入式人工智能加速圖像處理，適用于物體識別應用。

除了Cortex-ACPU和可用內(nèi)存之外，這兩個MPU產(chǎn)品線都提供專用的圖像處理軟件、可靠性、安全功能和長期軟件支持，如前所述，在選擇用于HMI應用的MPU。