高度集成處理器HMI設(shè)計的五大設(shè)計注意事項

雖然人機界面 (HMI) 系統(tǒng)并不是一項新技術(shù)，但改善世界和改進人類與電子產(chǎn)品交互方式的大部分潛力仍沒有實現(xiàn)。為了擴展汽車和工業(yè)系統(tǒng)中 HMI 系統(tǒng)的功能，開發(fā)人員需要能夠自由設(shè)計可擴展、開源且可靠的系統(tǒng)，并可以集成人工智能 (AI) 等高級功能。德州儀器基于 Arm 的高度集成式處理器旨在幫助開發(fā)人員在高級 HMI 系統(tǒng)中實現(xiàn)高性能處理能力。

本文探討了高度集成處理器為 HMI 設(shè)計帶來的優(yōu)勢，以及設(shè)計人員選擇合適處理器時參照的標準。

為多顯示 HMI 系統(tǒng)選擇處理器

面對如此多的集成選項，在選擇處理器時需要權(quán)衡各種因素。通常，某款特定處理器無法滿足某個設(shè)計的所有特性、成本和功率預(yù)算需求。如果系列處理器既能在滿足這些要求的同時實現(xiàn)可擴展性，又能更大程度地提高設(shè)計效率（尤其是對于軟件而言），便可能成為理想之選。以下幾點概述了在為 HMI 設(shè)計選擇處理器時的五個設(shè)計注意事項。

性能與電源效率間的關(guān)系

尺寸更大、分辨率更高的顯示屏和多個顯示屏所需的大量細節(jié)需要更強的處理能力，這通常會導(dǎo)致系統(tǒng)功耗和熱管理增加。使用圖形處理單元 (GPU) 等專用處理內(nèi)核有助于減少這種功效設(shè)計注意事項。可擴展的產(chǎn)品系列為設(shè)計人員提供了能夠為給定系統(tǒng)提供所需功率和熱性能的器件。這些產(chǎn)品旨在為一系列器件提供適合給定設(shè)計的 GPU 性能，如果不需要 GPU，也可以提供不帶 GPU 的選項。德州儀器的 HMI 應(yīng)用處理器系列，例如AM623（不帶 GPU）以及 AM625、AM62P 和 AM67X（帶 GPU）（如表 1 所示），可幫助設(shè)計人員在設(shè)計中添加更大分辨率和具備沉浸效果的顯卡，同時還在給定的功耗或熱預(yù)算內(nèi)提供卓越性能。

適用于智能 HMI 的 AI

為了更快地做出決策，需要可視化和處理更多數(shù)據(jù)，這推動著人們使用更大且分辨率更高的顯示屏。智能顯示屏使用智能和分析功能來幫助以更好、更具可操作性的格式向用戶呈現(xiàn)更多數(shù)據(jù)，從而解決這一設(shè)計難題。為了優(yōu)化智能 HMI 應(yīng)用中的集成分析系統(tǒng)，設(shè)計人員可以選擇一個開發(fā)平臺，其中包括具有適當處理能力和硬件加速器的設(shè)備，以及全面的軟件和工具產(chǎn)品。

向顯示屏中添加分析或機器學(xué)習(xí)功能可以增強用戶體驗，而且還可能在更多系統(tǒng)中整合直觀的手勢控制、預(yù)測性維護以及用戶或情境自適應(yīng)顯示。添加這些新特性需要更強的處理能力。德州儀器的集成分析處理器產(chǎn)品系列提供用于優(yōu)化功效的專用加速器，并具有用于處理其他功能的附加處理器內(nèi)核。與 GPU 選擇類似，設(shè)計人員可能需要具有和不具有加速器的選項，來有效滿足整個產(chǎn)品系列的設(shè)計要求。德州儀器的 AM67X 系列器件具有帶 AI 加速器和不帶 AI 加速器的選項，在統(tǒng)一平臺的支持下為設(shè)計人員提供多個處理器選項，從而提高設(shè)計的可擴展性和可重用性。

接口功能和靈活性

隨著更多顯示類型、尺寸和分辨率的推出，需要多種物理接口選項來滿足性能預(yù)期。更高分辨率的屏幕需要低電壓差分信號 (LVDS)、顯示并行接口 (DPI)、移動產(chǎn)業(yè)處理器接口 (MIPI)、顯示串行接口 (DSI) 以及具有支持這些接口的性能的處理器。驅(qū)動多個顯示屏以增強用戶體驗需要在同一個處理器上使用多個接口。在選擇處理器時，屏幕尺寸、分辨率和設(shè)計成本是其中的一些重要標準。

例如，用于單屏設(shè)計的成本較低的系統(tǒng)可能只需要 DSI。而如果系統(tǒng)功能更豐富，采用具有更高分辨率的顯示屏和多個顯示屏，則可能需要具有 LVDS 接口或 DPI 的屏幕。隨著功能的增加，系統(tǒng)需要 USB3、快速外設(shè)組件互連 (PCIe) 和攝像頭串行接口 (CSI) 等高速接口來與環(huán)境的其余部分進行通信。德州儀器的 AM6x 系列支持在不同配置中使用各種接口，可滿足這些不斷變化的設(shè)計要求。

軟件效率

盡管靈活的硬件設(shè)計選擇允許設(shè)計人員針對包括成本在內(nèi)的幾個要素優(yōu)化系統(tǒng)，但這些選擇可能會產(chǎn)生難以擴展和維護的碎片化軟件架構(gòu)，從而導(dǎo)致設(shè)計效率低下以及可能更高的設(shè)計成本。設(shè)計人員和領(lǐng)導(dǎo)團隊通常需要考慮 HMI 產(chǎn)品的總擁有成本，并選擇可擴展且靈活的軟件架構(gòu)，該架構(gòu)可以支持添加額外的功能（例如圖形庫），從而支持 GPU 和 AI 框架，以無縫利用加速器來優(yōu)化整個設(shè)計工作。

德州儀器面向 Linux 和 Android 等常用開源操作系統(tǒng)的軟件開發(fā)套件 (SDK) 為構(gòu)建這種效率奠定了堅實的基礎(chǔ)。跨產(chǎn)品系列擴展的基礎(chǔ)軟件元素可以編寫一次，然后在不同設(shè)計中部署。例如，多個產(chǎn)品需要的安全功能。編寫和維護多個安全無線 (OTA) 更新產(chǎn)品，或由于底層軟件的差異而管理不同的安全啟動流，是一種碎片化的體現(xiàn)，會降低設(shè)計效率并增加成本和時間（甚至產(chǎn)生額外的成本）。

圖 1展示了德州儀器的 AM6x 系列在哪些方面提供了基礎(chǔ)軟件來構(gòu)建高效的軟件產(chǎn)品，從而能夠進行擴展以適應(yīng)硬件差異而不會產(chǎn)生代價高昂的碎片化過程。

易于使用

為了讓用戶開始享用智能顯示屏的強大新功能，設(shè)計人員必須能夠?qū)⑵浼傻綄嶋H的產(chǎn)品中。雖然每個團隊在專業(yè)知識和能力方面存在差異，所需的易用性也會有所不同，但仍需要考慮某些常見的推動因素。用于常見任務(wù)的工具可減少所需專業(yè)知識，極大地改進了易用性。除了用于整個設(shè)計過程（從電路板設(shè)計和布局到生產(chǎn)編程）中的特定任務(wù)的工具外，德州儀器還提供了一款免費的在線工具 Edge AI Studio，以幫助簡化在智能顯示中實現(xiàn) AI。結(jié)合要求的文檔和培訓(xùn)資源，設(shè)計人員可以更輕松地適應(yīng)設(shè)計過程中的挑戰(zhàn)。

雖然這五點注意事項并不詳盡，但可以幫助設(shè)計人員將多顯示智能 HMI 無縫添加到不斷擴展的產(chǎn)品系列中。人機界面的創(chuàng)新已然實現(xiàn)。

審核編輯：黃飛