實(shí)現(xiàn)高性價(jià)比家電人機(jī)接口

圖3. 傳統(tǒng)的軟件開發(fā)工作流程
設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)即使是改變文本位置等很小的細(xì)節(jié)，都會(huì)導(dǎo)致軟件工程的變化，有可能出現(xiàn)系統(tǒng)不穩(wěn)定。對(duì)于每一次GUI 修改，不論大小，至少需要完成一個(gè)完整的設(shè)計(jì)、軟件工程和測(cè)試周期，以確保質(zhì)量結(jié)果，避免出現(xiàn)意想不到的復(fù)雜的代碼變化。最初版本完成后，對(duì)軟件很小的改動(dòng)以推出不同版本都需要進(jìn)行大量的測(cè)試。最終過渡到新的低成本硬件平臺(tái)意味著軟件工程團(tuán)隊(duì)需要針對(duì)新的軟件應(yīng)用程序接口(API) 來(lái)重復(fù)整個(gè)過程，放棄了在以前產(chǎn)品上的所有工作。結(jié)果，他們花費(fèi)大量的時(shí)間來(lái)推出后續(xù)產(chǎn)品，在很多情況下，無(wú)法保證GUI 外觀和樣式的連續(xù)性，甚至丟掉了這一特性。
雖然很難徹底消除開發(fā)過程的低效問題，但是，現(xiàn)在可以使用工具和全包技術(shù)解決方案來(lái)縮短重復(fù)性的開發(fā)周期，在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)更好的圖形性能，得到不會(huì)過時(shí)的設(shè)計(jì)，并且很容易在硬件系列之間移植這些設(shè)計(jì)。

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GUI 開發(fā)方法
有很多方法實(shí)現(xiàn)GUI 開發(fā)。手寫代碼是開發(fā)圖形應(yīng)用程序最常用的方法，也是成本最高的方法。它需要較長(zhǎng)的開發(fā)時(shí)間，很小的GUI 變化都非常繁瑣，針對(duì)每一器件實(shí)現(xiàn)都需要從頭開始重新編寫代碼。第二種方法是代碼發(fā)生器工具，它提供使用方便的接口來(lái)構(gòu)建GUI，定義行為，但是，它產(chǎn)生通用代碼，需要進(jìn)行很多硬件修改才能使其運(yùn)行。第三種方法使用二級(jí)腳本語(yǔ)言以及解釋引擎來(lái)處理運(yùn)行時(shí)腳本，需要大量的平臺(tái)資源，很容易出現(xiàn)嚴(yán)重的性能問題和錯(cuò)誤。
第四種方法稱為二進(jìn)制GUI 方法，它結(jié)合了專業(yè)GUI 構(gòu)建工具，一套強(qiáng)大的軟件API，一些手寫代碼以及高性能嵌入式圖形引擎。設(shè)計(jì)人員利用基于PC 的工具可以開發(fā)象素精度很高的GUI，將其輸出到一個(gè)二進(jìn)制數(shù)據(jù)文件。然后，將逐象素設(shè)計(jì)從設(shè)計(jì)人員的桌面直接傳送給開發(fā)人員，不需要進(jìn)行其他的轉(zhuǎn)換。開發(fā)人員然后利用先進(jìn)的高性能GUI 引擎以及相關(guān)的API 來(lái)處理并顯示存儲(chǔ)在二進(jìn)制數(shù)據(jù)文件中的圖形數(shù)據(jù)。這一方法不但占用的平臺(tái)資源少，而且還允許進(jìn)一步修改生成的GUI，不需要改動(dòng)代碼和邏輯，或者進(jìn)行很少的改動(dòng)即可。而且，在模型之間，甚至在不同的硬件設(shè)計(jì)之間，今后都很容易對(duì)應(yīng)用程序進(jìn)行修改，重新使用。
“節(jié)能意識(shí)”應(yīng)用平臺(tái)
為幫助生產(chǎn)商熟悉基于FPGA 的 HMI 解決方案在家電應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)， Altera、Echelon 和Altia 面向高質(zhì)量白色家電市場(chǎng)推出了節(jié)能意識(shí)應(yīng)用平臺(tái)。這一全集成的參考硬件平臺(tái)包括Altera Nios® 嵌入式評(píng)估套件(NEEK)，與其連接的是Echelon 電力線智能收發(fā)器板，一個(gè)4.3 LCD 觸摸屏模塊，以及顯示套件內(nèi)部的玻璃背板。
平臺(tái)的主要構(gòu)成是帶有Altera Nios II 嵌入式軟核處理器的Altera Cyclone III FPGA。這些器件控制所有系統(tǒng)軟件，包括用于電力線聯(lián)網(wǎng)的Echelon ShortStack® API，以及用于HMI 和LCD 觸摸屏控制的Altia 高性能GUI 引擎和工具等。 含有內(nèi)置LCD 控制器、觸摸屏接口、內(nèi)部視頻流水線以及集成高性能GUI 引擎和工具，
Cyclone III FPGA 幫助系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員避免了使用外部LCD 驅(qū)動(dòng)器和其他圖形元件，降低了材料 (BOM) 成本，縮短了產(chǎn)品面市時(shí)間。在家電市場(chǎng)上，從機(jī)械HMI 過渡到新一代數(shù)字LCD 觸摸屏HMI 時(shí)，這一系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法有明顯的優(yōu)勢(shì)。
NEEK LCD 控制器
圖4 所示為實(shí)現(xiàn)NEEK LCD 控制器設(shè)計(jì)外設(shè)和接口的高級(jí)結(jié)構(gòu)圖。Cyclone III FPGA 的視頻流水線、LCD觸摸屏模塊以及MAX® II CPLD 是NEEK LCD 控制器的主要組成。

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圖4. NEEK LCD 控制器子系統(tǒng)
視頻流水線
視頻流水線負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)LCD 模塊數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)信號(hào)，讀取Nios II 處理器產(chǎn)生的幀緩沖數(shù)據(jù)。一組專用Avalon® 流(ST) 外設(shè)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)單元在不同寬度總線之間的轉(zhuǎn)換，在這一例子中，是24 位紅色、綠色和藍(lán)色(RGB) 象素輸入流至8 位象素輸出流的轉(zhuǎn)換，分別傳送每個(gè)RGB 顏色分量。在模塊數(shù)據(jù)總線上，視頻同步發(fā)生器外設(shè)將控制和數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行排序，向LCD 觸摸屏模塊發(fā)送象素?cái)?shù)據(jù)。