如何为HMI应用选择合适的MPU

HMI（人机界面）的发展已经有了显著提升，从最早的灯、刻度盘以及手动开关，变成了包括显示、触摸甚至手势识别等一系列更方面更丰富的指示。也正因此，对具有高级显示和/或摄像头功能的 HMI 的需求，包括 2D/3D 成像和图像识别，高清晰度等技术指标要求与日俱增。

图 1. 现在许多 HMI 都包含摄像头、图像和视频技术，例如概述的高性能系统。通过选择 MPU 可以支持必要的功能。图片由瑞萨电子（Renesas）提供。

此类应用需要有高性能、可靠性和效率以及较短的上市时间等考虑，这对于产品的竞争力至关重要。出于这个原因，负责设计 HMI 的工程师可能会考虑使用嵌入式 MPU 来处理显示和相机相关功能。

在本文中，通过 Renesas 的示例了解 MPU 如何使常见的 HMI 应用程序受益。

人机界面应用

有几个应用和行业依赖 HMI 来提供高分辨率图像和摄像头功能：

商业：家庭安全、门铃系统、多功能打印机、楼宇自动化控制面板、白色家电
业务：数字标牌、KIOSK/POS终端、商业显示器、条码扫描器、认证门禁系统、办公设备、手写识别
行业：工业标牌、CNC设备、手持终端、测量设备、检测设备、诊断面板、工业面板
医疗：医疗显示器、病人监护系统

使用 MPU 解决方案可以显着提升这些应用。例如，选择具有快速、强大的中央处理器 (CPU) 的 MPU 可以加快安全产品、患者监护系统、工业面板和 KIOSK/POS 终端的图像和/或视频处理，更不用说标牌和数字显示。

增强图像处理能力的另一个例子包括专用图像处理和图形处理单元 (GPU) 的使用，进一步提高了检查设备、条形码扫描仪、认证控制面板、家庭安全和多功能打印机的性能和速度。

为 HMI 选择嵌入式 MPU 解决方案

在为 HMI 选择嵌入式 MPU 解决方案时，应首先考虑某些关键特性：

• CPU 性能、处理速度和内存
• 专用图像处理软件
• 可靠性
• 安全功能
• 长期软件支持
• 开发套件的可用性

CPU注意事项

在寻找嵌入式 MPU 解决方案时，CPU 性能至关重要，内存和处理速度影响视频分辨率和 2D/3D 渲染功能。

基于 ARM 的 CPU 是一种常见的选择，可采用单核或双核。ARM Cortex-A CPU 因其性能和低功耗而非常适合 HMI。例如，一些 64 位 Cortex-A CPU 提供高达 1.2GHz 的速度。

选择正确的处理器应该平衡性能和图像处理速度。例如，虽然双核 CPU 速度更快，因为它们允许更多处理器同时运行，但它们并不总是正确的选择。如果软件不支持多核技术，双核选项不会明显增加速度或处理优势。

带有支持软件的 MPU 示例如图 2 所示。

图 2. RZ/G2L MPU 的框图。图片由瑞萨电子提供。

图像处理软件

专用的图像处理软件，如视频编解码器、视频引擎和图形引擎，也很重要。它可以处理图形和处理视频编码的压缩/解压缩（即 H.264 和 H.265），而不会给通用软件带来负担。该图像处理软件可以包含高级 HMI 功能的特定功能，例如 3D 图形和高分辨率视频。

可靠性纠错码

可靠性对于任务关键型应用程序尤其重要，包括用于内部和外部存储器的内置纠错码 (ECC) 等功能。ECC在数据传输中起着重要作用，因为即使某些位被错误地翻转，它们也允许重新生成消息。

基于硬件的安全性

关键安全功能包括安全启动、调试，以及用于 Arm CPU 的 Arm TrustZone。Arm TrustZone 专为嵌入式硬件而创建，在同一内核上同时运行安全实时操作系统和安全性较低的操作系统以提高安全性。

长期支持基础设施

在某些 HMI 应用中，工业和基础设施设备制造商由于设备的使用寿命而期望获得长期的软件支持。需要支持通过CIP（ Civil Infrastructure Platform ）具有SLTS（Super Long Term Support）验证的Linux软件包，在某些 MPU（例如 Renesas RZ/G 系列）中提供。RZ/G2 参考板的框图概述，突出显示了 CIP SLTS 内核。图片由瑞萨电子提供。

CIP 是工业级软件的开源基础层，专为基础设施系统的长期管理而设计。尤其是 SLTS Linux 内核，可确保超过 10 年的支持。

用于工业 HMI 的瑞萨电子 RZ/A 和 RZ/G 系列

瑞萨电子 RZ 产品系列的 64 位和 32 位基于 Arm 的 MPU 包括两个可供工业 HMI 选择的系列：RZ/A 和 RZ/G 系列。

RZ/G2L、RZ/G2LC 和 RZ/A1H 适用于显示相关的 HMI 应用，而 RZ/A2M 推荐用于相机相关的 HMI 应用。

RZ/A2M 嵌入了 DRP（动态可重构处理器）技术，可通过嵌入式人工智能加速图像处理，适用于物体识别应用。

除了 Cortex-A CPU 和可用内存之外，这两个 MPU 产品线都提供专用的图像处理软件、可靠性、安全功能和长期软件支持，如前所述，这些是用于 HMI 应用的 MPU选型的关键。