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

自從標(biāo)準(zhǔn)是由燈、刻度盤(pán)和手動(dòng)開(kāi)關(guān)組成的面板以來(lái)，HMI已經(jīng)有了很大的發(fā)展。隨著這種演變，需要具有高級(jí)顯示和/或攝像頭功能的HMI，包括2D/3D成像和圖像識(shí)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(shù)，例如概述的高性能系統(tǒng)。通過(guò)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(yīng)用實(shí)現(xiàn)高性能、可靠性和效率以及較短的上市時(shí)間對(duì)于在此類市場(chǎng)中保持競(jìng)爭(zhēng)力至關(guān)重要。出于這個(gè)原因，負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)HMI的工程師可能會(huì)考慮使用嵌入式MPU來(lái)處理顯示和相機(jī)相關(guān)的功能。

在本文中，通過(guò)Renesas的示例了解MPU如何使常見(jiàn)的HMI應(yīng)用程序受益。

人機(jī)界面應(yīng)用

有幾個(gè)應(yīng)用程序和行業(yè)依賴HMI來(lái)提供高分辨率圖像和攝像頭功能：

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

業(yè)務(wù)：數(shù)字標(biāo)牌、KIOSK/POS終端、商業(yè)顯示器、條碼掃描器、認(rèn)證門(mén)禁系統(tǒng)、辦公設(shè)備、手寫(xiě)識(shí)別

行業(yè)：工業(yè)標(biāo)牌、CNC設(shè)備、手持終端、測(cè)量設(shè)備、檢測(cè)設(shè)備、診斷面板、工業(yè)面板

醫(yī)療：醫(yī)療顯示器、病人監(jiān)護(hù)系統(tǒng)

使用MPU解決方案可以顯著增強(qiáng)這些應(yīng)用程序。例如，選擇具有快速、強(qiáng)大的中央處理器（CPU）的MPU可以加快安全產(chǎn)品、患者監(jiān)護(hù)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(shuō)標(biāo)牌和數(shù)字顯示。

增強(qiáng)圖像處理能力的另一個(gè)例子包括專用圖像處理和圖形處理單元（GPU）的使用，進(jìn)一步提高了檢查設(shè)備、條形碼掃描儀、認(rèn)證控制面板、家庭安全和多功能打印機(jī)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(shí)，應(yīng)首先考慮某些關(guān)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(zhǎng)期軟件支持

開(kāi)發(fā)套件的可用性

CPU注意事項(xiàng)

在尋找嵌入式MPU解決方案時(shí)，CPU性能至關(guān)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(jiàn)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(dá)1.2GHz的速度。

選擇正確的處理器應(yīng)該平衡性能和圖像處理速度。例如，雖然雙核CPU速度更快，因?yàn)樗鼈冊(cè)试S更多處理器同時(shí)運(yùn)行，但它們并不總是正確的選擇。如果軟件不支持多核技術(shù)，雙核選項(xiàng)不會(huì)增加速度或處理優(yōu)勢(shì)。

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(huì)給一般軟件帶來(lái)負(fù)擔(dān)。該圖像處理軟件可以包括高級(jí)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(cuò)碼

可靠性對(duì)于任務(wù)關(guān)鍵型應(yīng)用程序尤其重要，包括用于內(nèi)部和外部存儲(chǔ)器的內(nèi)置糾錯(cuò)碼（ECC）等功能。ECC在數(shù)據(jù)傳輸中發(fā)揮著重要作用，因?yàn)榧词鼓承┪槐诲e(cuò)誤地翻轉(zhuǎn)，它們也允許重新生成消息。

基于硬件的安全性

關(guān)鍵安全功能包括安全啟動(dòng)、調(diào)試，以及用于ArmCPU的ArmTrustZone。ArmTrustZone專為嵌入式硬件而創(chuàng)建，同時(shí)在同一內(nèi)核上運(yùn)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(zhǎng)期支持基礎(chǔ)設(shè)施

在某些HMI應(yīng)用程序中，工業(yè)和基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備制造商由于設(shè)備的使用壽命而期望獲得長(zhǎng)期的軟件支持。這種類型的長(zhǎng)期支持通過(guò)具有超長(zhǎng)期支持（SLTS）驗(yàn)證Linux軟件包的民用基礎(chǔ)設(shè)施平臺(tái)（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(jí)軟件的開(kāi)源基礎(chǔ)層，專為基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)的長(zhǎng)期管理而設(shè)計(jì)。尤其是SLTSLinux內(nèi)核，可確保超過(guò)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(gè)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(guān)的HMI應(yīng)用，而RZ/A2M推薦用于相機(jī)相關(guān)的HMI應(yīng)用。

RZ/A2M嵌入了DRP（動(dòng)態(tài)可重構(gòu)處理器）技術(shù)，可通過(guò)嵌入式人工智能加速圖像處理，適用于物體識(shí)別應(yīng)用。

除了Cortex-ACPU和可用內(nèi)存之外，這兩個(gè)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(zhǎng)期軟件支持，如前所述，在選擇用于HMI應(yīng)用的MPU。