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工业串口屏硬件主控平台的开发

2023-12-11 1147

简介:工业串口屏因其简单易用,大大降低了仪器设备人机交互系统的设计难度,解决了人机交互相关工作的重复性设计问题。它已被仪器和机电设备制造商广泛认可和使用。在近20年的发展中,工业串口屏的硬件平台经历了两代技术的发展,这对工业串口屏的性能产生了很大的影响。


1.工业串口屏的硬件组成


它由串口、主控CPU、存储器FLASH、图形控制器、SRAM/DARM等基本电路功能组成。


2、第一代:


2014年及之前,串行屏的主控CPU主要是通用单片机,主频较低,基本都在100MHz以内。


第一代工业串口屏由于CPU主频低,功能单一,集成度低,需要增加一个单独的芯片来实现图形控制器和显存的功能。所以第一代串口屏芯片众多,硬件设计难度大,成本高。而且由于市场上没有成熟易用的图形控制器芯片,需要使用可编程逻辑器件来设计实现,这也是第一代串口屏设计的难点之一。


早期的工业串口屏,基于STM32F103VBT6+CPLD的硬件平台设计,是这一时期具有代表性的原创串口屏硬件架构。


因为第一代串行屏使用的芯片数量多,而且年代久远,所以受到2020年夏天开始的芯片短缺的影响很大。部分芯片缺货导致部分芯片价格上涨数十倍,导致第一代串行屏短时间内全部退出市场。


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3.第二代:2015年及以后


第二代工业串口屏硬件平台有两个显著特点:一是主控CPU主频明显提升,基本都在200MHz以上。第二,CPU的集成度有了很大的提高,通常集成了图形控制器和显存的功能,真正做到了单芯片方案,CPU之外只需要一个外存FLASH。


随着二代工业串口屏主CPU主频的提升,CPU的运算能力大幅提升,促使串口屏图像格式从bmp非压缩点阵格式向jpg压缩格式转变,大幅降低UI图像数据的内存占用,推动了内存从大容量并行NAND FLASH向小容量SPI Nor FLASH的演进。一方面简化了硬件设计,降低了成本,提高了存储可靠性。


由于主控CPU主频的提高,CPU的运算能力大幅提升,二代串口屏的影音等多媒体功能得到加强和广泛应用。


由于芯片数量的减少,二代串行屏的硬件设计难度大大降低,成本优势明显。中现科技在2015年率先推出的SDWe系列串行屏,就是这一时期串行屏的典型代表。


4.未来趋势:


由于工业串口屏幕市场的快速发展,它引起了许多芯片设计公司的关注,市场上出现了许多针对该领域的新解决方案。基于Cortex-A7核的芯片是最具代表性的,基本上是在20nm工艺的基础上制造的。先进的工艺带来了性价比的真正提高。


基于20nm级别的Cortex-A7核心芯片相比40nm和50nm工艺的第二代主控芯片,主频大幅提升至1GHz以上,数据处理能力大幅提升,正好满足了串口屏幕提升各种动态画面显示效果的需求。芯片功耗更低,有利于电源电路、散热等硬件设计。部分厂商推出的Cortex-A7核心芯片内部集成了大容量DRAM内存,采用了有利于双面PCB板布线的QFP和QFN封装,具备了新一代串行屏硬件平台的基础条件。


随着用户对工业串口屏应用体验的提升,再加上成本上的权衡,Cortex-A7核心芯片可能会成为未来新一代串行屏的首选。

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