小紅點(TrackPoint)首先出現(xiàn)在IBM ThinkPad 700C筆記本電腦中，于1992年問世。隨后，小紅點在ThinkPad筆記本電腦中得到了廣泛的應(yīng)用，并且一直深受用戶的喜愛，并迅速成為ThinkPad筆記本電腦的標(biāo)志性設(shè)備之一。

小紅點的工作原理是通過精確控制壓力來控制光標(biāo)的移動，使用者可以通過輕輕按壓指點桿來移動光標(biāo)。其優(yōu)點在于：

提高工作效率：免于頻繁在鍵盤與觸控板或鼠標(biāo)間切換

符合人體工學(xué)設(shè)計：指尖輕移即可實現(xiàn)精準(zhǔn)定位，有效避免因長期使用觸控板導(dǎo)致食指皮膚受損，或過度使用鼠標(biāo)引發(fā)腕部不適

減輕負(fù)重：舍棄鼠標(biāo)，符合移動辦公的初衷

節(jié)省電力：有線鼠標(biāo)的光學(xué)或激光定位技術(shù)增加電力消耗。無線鼠標(biāo)通過藍(lán)牙或RF進(jìn)行無線通信，消耗獨立電源，用戶仍需時刻關(guān)注鼠標(biāo)的電量，影響使用體驗

艾為小紅點(Trackpoint)解決方案

艾為電子結(jié)合壓力SOC(AW86803)和壓力傳感器的壓感技術(shù)方案，實現(xiàn)具有市場競爭力的艾為小紅點解決方案。艾為小紅點解決方案主要包含以下幾種功能：

小紅點的壓力檢測

壓力值光標(biāo)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

固件升級更新(UEFI Capsule)

在Windows系統(tǒng)下，艾為小紅點解決方案滿足Windows系統(tǒng)中對于小紅點的所有規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)，在小紅點支桿下方的壓力傳感器，通過檢測面板所承受的壓力，實現(xiàn)對按壓行為的判斷。通過內(nèi)部算法，將壓力轉(zhuǎn)換成光標(biāo)的坐標(biāo)值，控制光標(biāo)的移動，用戶可以通過輕輕按壓指點桿來移動光標(biāo)。

艾為小紅點整體解決方案示意圖

光標(biāo)處理：Windows的鼠標(biāo)子系統(tǒng)處理小紅點上傳的數(shù)據(jù)實現(xiàn)光標(biāo)的應(yīng)用

Setting APP：在系統(tǒng)設(shè)置中的應(yīng)用程序和對應(yīng)的驅(qū)動實現(xiàn)對小紅點的參數(shù)配置

FMP Driver：通過Windows Update從遠(yuǎn)端服務(wù)器獲取包含了Capsule的Windows驅(qū)動，實現(xiàn)小紅點的固件在線升級

EC：EC提供相應(yīng)的通信鏈路所需軟硬件。小紅點的固件按照用戶的參數(shù)設(shè)定，形成對應(yīng)的按鍵和光標(biāo)數(shù)據(jù)，小紅點包含Bootloader實現(xiàn)固件的在線升級

Trackpoint模組：小紅點硬件模組中包含F(xiàn)orce SoC以及壓力傳感器，通過PS/2硬件總線和GPIO連接至EC

01

壓力檢測實現(xiàn)原理

艾為小紅點解決方案中所采用的壓力按壓，以艾為壓力檢測技術(shù)為基礎(chǔ)，此技術(shù)也被廣泛應(yīng)用在智能穿戴、車載、智能家居等領(lǐng)域。 壓力傳感器有很多種，應(yīng)用比較廣泛的當(dāng)屬壓阻式壓力傳感器，此傳感器由高靈敏度壓阻式柔性材料制作，當(dāng)其受力的作用產(chǎn)生拉伸或者壓縮時，其電阻值會發(fā)生顯著變化，配合惠斯通橋式檢測電路，可引起檢測電路的差分電壓發(fā)生變化。

壓力檢測實現(xiàn)原理圖

定義Vd為V+與V-之間的電壓差，Vs為外部激勵電壓，R2和R4為阻值固定的電阻，R1和R3為壓力傳感器的等效電阻，它的阻值會隨傳感器所受壓力的變化而變化。根據(jù)電路基礎(chǔ)知識可知，V+點的電壓為：

，B點的電壓為：，Vd為兩者相減。當(dāng)壓力傳感器受力時，R3和R4發(fā)生變化，假設(shè)壓力越大電阻越小，則壓力越大，V+越大，V-越小，電壓差Vd越大。 ?

艾為AW8680X系列芯片

作為艾為小紅點解決方案中的核心芯片，艾為AW8680X系列芯片不僅有多條模擬輸入通道可用來連接壓力傳感器，還有豐富的GPIO和硬件通信接口資源用以外掛Haptic芯片等功能。

AW8680X系列芯片 配合多顆壓力傳感器的工作原理圖

當(dāng)用戶在小紅點表面施加一個力時，位于支桿下方的多顆壓力傳感器會產(chǎn)生對力的分擔(dān)，壓力使得傳感器產(chǎn)生輕微的形變，進(jìn)而改變其電阻，導(dǎo)致傳感器周圍的檢測電路的電壓發(fā)生變化，AW8680X的AFE模擬前端中的高精度ADC會對壓力傳感器周圍的電壓差進(jìn)行采樣，量化為數(shù)字量，再將這些原始數(shù)據(jù)傳遞給DSP數(shù)據(jù)處理芯片，DSP上運行的數(shù)據(jù)處理軟件和壓力算法會根據(jù)每一路傳感器的采樣值計算其所受到的壓力，再推導(dǎo)出最終的合力。

02

光標(biāo)速度實現(xiàn)原理

在艾為小紅點解決方案中，AW8680X芯片會作為主控，外接壓力傳感器。小紅點通過使用電阻式壓力傳感器來感應(yīng)所施加的力，通過用手指的推動來決定光標(biāo)移動的方向和速度，光標(biāo)的移動速度取決于施加的力，通過AW8680X中DSP的算法，結(jié)合設(shè)定的參數(shù)，形成轉(zhuǎn)換曲線，將壓力轉(zhuǎn)換成光標(biāo)或指針?biāo)俣取? 壓力和光標(biāo)或指針?biāo)俣戎g的關(guān)系是可以調(diào)整的，如同調(diào)整鼠標(biāo)的DPI值。

壓力與光標(biāo)/指針?biāo)俣汝P(guān)系調(diào)整示意圖

壓力值和光標(biāo)移動速度的關(guān)系示例圖 縱軸是鼠標(biāo)的移動速度，橫軸是支桿上的施力。當(dāng)施力很小的時候，鼠標(biāo)會以圖元單位移動。當(dāng)施力增大時，鼠標(biāo)的移動速度會提高，甚至可以瞬間從屏幕的最左邊移動到最右邊。

AW8680X的能夠提供高精度的壓力值，將壓力值轉(zhuǎn)換到光標(biāo)的移動速度上時，能夠?qū)毫χ颠M(jìn)一步細(xì)分，并按照人力工學(xué)曲線，實現(xiàn)更加精細(xì)的光標(biāo)移動速度，為用戶提供更細(xì)膩、更貼合使用習(xí)慣的交互體驗。

03

UEFI Capsule固件更新

對于設(shè)備固件更新，出于安全性考慮，F(xiàn)lash設(shè)備在系統(tǒng)啟動時是鎖住的，在操作系統(tǒng)中直接更新Flash是不可行的。可行的方法是操作系統(tǒng)將待更新的固件信息發(fā)送到系統(tǒng)固件，在下一次啟動過程中，系統(tǒng)在Flash設(shè)備上鎖前更新固件，待更新的固件成為“Capsule”。

小紅點的Capsule固件升級驅(qū)動，設(shè)計主要分為三個部分：

① 安裝FMP實例

② 獲取目標(biāo)設(shè)備待更新固件映像的信息

③ 校驗固件和調(diào)用FmpDeviceLib進(jìn)入固件更新流程

下圖為艾為小紅點解決方案中，UEFI Capsule的示意圖：

艾為小紅點Capsule升級方案，固件程序升級包存放在遠(yuǎn)端服務(wù)器，同步Windows Update的升級策略同步進(jìn)行升級，整個升級過程發(fā)生在開機過程中，所以用戶無需自行尋找固件與工具去操作升級。該升級方案能有效避免在升級過程中，因固件工具錯誤、固件文件不匹配等情況導(dǎo)致升級失敗，從而給用戶提供更加安全、便捷、高效的使用體驗。

04

小紅點方案使用效果

光標(biāo)：觸控小紅點實現(xiàn)操控光標(biāo)移動

按鍵：實現(xiàn)左鍵單擊，雙擊，右鍵

滾輪：滾動屏幕方便查看

設(shè)置：配置光標(biāo)速度、靈敏度設(shè)置、支持壓力分級

在線固件升級：開機過程中，高效完成固件安全升級

結(jié)語

艾為電子基于壓感技術(shù)打造的小紅點解決方案，通過對Windows系統(tǒng)的深入理解，將壓感技術(shù)應(yīng)用在Windows平臺，使小紅點擁有更高的靈敏度。該方案新增壓力分級和安全升級功能，為用戶提供了更多的技術(shù)選擇，提升使用體驗。 艾為電子的壓感技術(shù)方案也延伸至Windows壓感觸控板應(yīng)用領(lǐng)域，結(jié)合觸控和Haptic芯片，為用戶構(gòu)建出一個三維立體、生動逼真的交互空間。此外，艾為的壓感技術(shù)也被廣泛應(yīng)用在智能穿戴，車載、智能家居等領(lǐng)域，賦予用戶高精度、高靈敏度的指尖交互體驗。

審核編輯：劉清