如何把直观式智能化消费设备体验引入到各种工业控制应用中，以及控制面板 (用户与工业硬件之间的界面) 如何加入智能化用户界面是此文探讨的重点。此外，文中还介绍了如何利用嵌入式微处理器、外设和存储器，来对成本敏感的工业应用设备带来更加易于使用的良好体验。

通过提升智能让下一代控制面板更加直观

当前便携式媒体播放器和智能电话市场广泛倡导“智能化革命”，工业应用如住宅及商业建筑自动化、数据记录、销售终端设备与收银机、能量计室内显示器、警报系统以及医疗设备，也开始纷纷仿而效之。除了互联网连接无处不在之外，人类与设备之间的连接交互方式也在发生根本性的改变，这种趋势促使硬件设计人员把处理器的性能提升至数百MIPS；外设数据率达数十Mbps；而片上片外带宽大至Gbps数量级。若采用RTOS实现方案或者是数十Mb的 Linux或 Microsoft Embedded CE，存储器的容量更会随着软件而扩展至数Mb。

用户界面正在迅速演进，让用户能够以符合生理和心理习惯的方式进行操作，最新一代的智能电话和多媒体播放器都是其中的典型例子。用户界面的任务就是帮助用户与终端产品进行互动。它为系统提供输入，并解释系统的输出。一个用户界面既可以简单如一个电灯开关，也可以复杂似大型喷气式客机中的控制面板。用户界面的目标应该是使终端产品的操作有效、高效、简单轻松并满足要求。

目前用户界面的革新是通过使界面更易于使用来缩短用户的学习时间，同时把大部分负担转移到终端产品上，而其中两大关键概念是认知和直观。一直以来，人们都是通过用户手册，或者从尝试与错误中认知如何使用产品的。只有在获得这些认知性技能后，产品使用才能变得直观化。但智能化用户界面 (iUI) 却把这个过程颠倒了过来，产品是因为拥有多种技能而变得易于使用。基本上，它解除了终端用户的认知任务，因此用户的学习时间可以减至最少甚至没有，而产品的使用则完全直观化。

图1所示为采用QNX为多功能室内显示器而开发的用户界面，可用来控制取暖、照明、安防和百叶窗，同时提供有关用电量的信息。除了更直观的信息显示方式之外，它还能针对每个应用进行动态配置。这种控制利用一个触摸屏通过手势来实现，十分直观。另外还提供功耗的实时反馈，以提高效率并减少用电量。

图1 智能电表控制面板采用QNX软件系统，实现用户界面智能化

在软件开销不断提高、对智能化用户界面(iUI)、多线缆和无线连接的性能需求不断增加与室内或远程服务器的通信、多功能支持等因素的推动下，控制面板中使用的存储器和处理器在迅速发展。机械按钮被触摸屏及按钮所取代；LED显示屏被LCD取代；多个MIPS闪存微控制器被嵌入式MPU和外部DRAM取代。工业温度范围、3.3V I/O支持，以及产品寿命长，是工业应用设备必不可少的固有特性，但它们对处理器与存储器的要求却完全不同于多媒体播放器和智能电话。

I/O电压电平与上电驱动系统材料清单

由于iUI微处理器最初是专门为手机和PDA而开发的，所以这些器件是针对1.8伏特电源电压优化的。为了在一般为3.3伏特系统的工业应用设备中实现iUI应用，设计人员不得不增加多达11个电平移动IC，而这带来的成本可能高达13美元。如果采用片上上电和复位控制技术，就可以无需象智能电话那样采用昂贵的外部功率管理IC了。这样一来，电路板面积就可以减少到原来的1/2到1/4，IC成本也降低10美元到24美元。此外，手机应用处理器的球栅间距为0.65mm或更小，这会使印制电路板的制作更加昂贵。

DDR2在嵌入式应用中取代SDRAM

绝大多数基于ARM9的嵌入式MPU都只支持SDRAM存储器，但问题在于存储器的供货情况主要是由大批量的PC市场决定的，而对于最新一代的PC，SDRAM基本上已经过时，相比SDRAM，DDR2和DDR3具有更高存储密度、更高性能、更低成本和更小功耗等众多优势。

虽然DDR3需要的最小外部总线达300 MHz，远高于大多数嵌入式MPU，但对设计人员来说，它仍不失为一个很好的选择。DDR2可能会成为工业嵌入式市场的存储器选择方案。

随着存储器接口速度的不断提高，PCB设计也越来越复杂。利用软件、PCB设计指南和参考设计来控制I/O的产品可减小PCB重新流片的风险。最终，选择一个商用处理器模块就可以完全避免高速设计的复杂性。

DMA和多层总线实现并行的数据传输与处理

为了支持iUI，必须不断地移动、处理、再移动大量的数据。如果总线上存在瓶颈，或者是外设无法直接与CPU或存储器通信，那么即便是世界上最快速的处理器也无法发挥作用。在理想的情况下，iUI MPU对每一个外设都采用一个多层总线矩阵和直接存储器存取 (DMA)控制器，以确保所有数据都无延时、无总线瓶颈及无CPU干预地被移动。

图2 爱特梅尔基于SAM9M10 400MHz ARM926的嵌入式MPU提供片上高品质视频解密器、DDR2 支持、3.3V I/O和工业温度范围等优势，有效降低工业控制面板中的系统成本

视频解密和2D加速实现智能化用户界面 (iUI)

不论它是一个显示监视器序列的报警控制面板，还是一个播放互联网内容的联网显示屏，今天， iUIs都可以随意地支持高品质视频播放。但视频解码给系统设计带来了不少问题，其中最核心的问题是任务处理能力。要解决软件解决方案引起的问题，建议采用片上高性能硬件视频解码器。这种解码器应该具有高达30fps D1 (720x576) 或WVGA (800x480)的分辨率，并支持H264、H263、MPEG4、MPEG2、VC1和JPEG等多种格式。LCD显示屏则受益于加速器，包括图象缩放和图象旋转、用于压缩格式渲染的色域转换 (YUV到RGB)，以及画中画功能。总之，这种硬件解码器和2D加速器可为用户提供高质量的视觉体验，同时为应用保留中央处理单元的所有处理能力。

嵌入微处理器供货商提供针对工业iUI应用而优化的基于ARM926的器件系列正在迅速增多。这些器件拥有一个全面完善的生态系统的支持，包括开源Linux和Android解决方案，以及微软、Mentor Graphics、Fluffy Spider Technology 和 QNX的商用软件，可化繁为简，获得一个更直观的用户界面。其 I/O支持1.8V或3.3V工作，可针对存储器接口和外设I/O独立配置。 另外还提供DDR2存储器支持，以及一个可选的视频解码器和2D图形加速器。 而且，片上上电和复位控制技术避免了任何外部电平移动IC或昂贵的功率管理IC的使用。