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2021-04-10
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目前大部分电子产品在用户体验升级方面通常从交互方式入手，而通常的思路就是将传统按键交互来使用GUI来替代。工程师面临着一个设计难题：MCU在图形处理方面相比SoC有着很大的短板，而在某些计算和图形处理方面不是很强的应用(以前使用MCU即可实现的)中，使用SoC跑Linux来实现显得有些过剩，在功耗和效率方面也并不能如人所愿；如果用纯软件图形应用(例如TOUGHGFX)实现的话，效率和处理器的压力也都是问题。
Microchip即瞄准了这一市场空缺，推出了业内首个内建GPU的MCU系列——PIC32MZ DA。近日在北京召开的发布会上，Microchip的32位单片机产品部资深产品营销经理Bill Hutchings对其进行了全面的解读。
如何给MCU加上图形处理能力?
PIC32MZ DA采用90nm工艺，延续了PIC32MZ家族microAptiv的架构，这个架构对标的是ARM的Cortex-M，因此的的确确是一款MCU产品，而非某些厂家的宣传噱头。如本文开头所言，PIC32MZ DA的目标应用是智能电表、门禁、白电、工业HMI和商用电器等。而要将以前单独一颗MPU才能实现的图形处理能力塞进一个MCU里面绝不是那么简单的，据Bill介绍，主要有四个方面的工作来实现：
· 内部集成一个能够驱动24位彩色SVGA显示屏的三层的图形控制器
· 内部集成一个完全2D图形处理单元
· 内部集成32MB DDR2或外拓128MDDR2
· MPLAB Harmony专用图形设计器
下面我们来一一介绍。
集成三层图形GLCD控制器
硬件方面先来说GLCD，该图形LCD控制器(GLCD)内部集成了模拟单元，通过显示屏的接口可以直接对上面的每个单独像素进行控制，像素时钟高达50MHz;此外还可以将显示数据在内存和显示屏之间进行传输。因此工程师可以轻松实现图形裁剪、旋转和透明化的功能，这样既减少了工程师的工作量同时也可以减轻MCU内计算单元的压力。
特别要提及的是业界领先的三个独立构图层的特性，这得益于GLCD内部的三个时序层的设计。如下图所示，每个时序层都可以单独进行α混合、步长和间距的参数配置。
这在GUI设计上有什么好处呢?Bill在现场给记者展示了一个咖啡机的demo，在此demo中GUI分为背景、左菜单区和右按键区，这些区块分属不同图形层;通过三层GLCD控制器，就可以轻松对其实现配置。
完全的2D GPU
首先需要明确的是，这里集成的是一个2D的GPU，PIC32MZ DA并不是要给你去做GameBox的，因此2D GPU microActiy的架构对其目标应用而言非常的足够。
该GPU可以控制和修改系统RAM或DDR2中的帧缓存内容，从而加速和优化最终显示屏上的像素显示效果。此外GPU还可以加速垂直线和水平线的渲染，将矩形区域复制到屏幕上不同位置，绘制文本以及对屏幕上现有图形数据进行编解码。一旦GPU启动，硬件将通过DMA来进行渲染，因此亦可减轻CPU的工作负载。
内置32M或外拓128M DDR2
在图形应用中，MCU的内部存储有时候会成为这个木桶短板。据Bill介绍，目前典型MCU的内存为500KB左右，而目前典型图形应用的需求大概是3M~15M 。因此要在MCU中实现GPU的功能，拓展内存是必须的。PIC32MZ DA是业内集成了DDR2的微控制器，支持内置32M或者外拓128M的DDR2存储。集成DDR2的好处自然不必多说，从读取速率、容量、系统设计等方面均可带来有效改观。
PIC32MZ DA将DDR2内存集成到MCU里面确实是令人赞叹，而笔者要指明的一点是，在PIC32MZ DA家族中，要么选择内置DDR2，要么选择外拓DDR2，并没有两者共存的产品型号，这点需要设计者注意。不过Bill指出：PIC32MZ DA的内部还有2MB的闪存，因此应该可以满足用户需求。
下图为一个PIC32MZ DA的图形应用示例图，可以看到GLCD、GPU和DDR三者之间的工作关系。正是暨由此三者硬件的协作，才能实现PIC32MZ DA的完整的图形处理功能。
MPLAB Harmony图形设计器
硬件的开发离不开软件环境的支持，Microchip的编译器等软件工具一直为人所诟病，PIC的产品也因此一直难以实现如尝所愿的铺张。相比ARM大一统的欣欣生态，Microchip自家的MPLAB X让很多工程师爱不起来。而此次配合全新的PIC32MZ DA系列，Microchip重点介绍了其MPLAB Harmony图形设计器，先说结论，在笔者看来在GUI设计方面确实非常的好用。
MPLAB Harmony图形设计器包含显示屏管理器、屏幕设计器、事件管理器、图像和字体资产管理器、字符串资产管理器。功能上可以生成定制的显示屏驱动程序;支持任何显示屏和显示方向;可以直观地在编辑窗口审查自己的绘制屏幕(WYSWIG)，所见即所得。
Bill介绍到：设计者仅需数分钟即可生成针对任何供应商的显示屏驱动程序。笔者理解的是仅仅需要简单的换标和按键的个性化配置，就可以实现一个产品GUI设计。如此看来确实是十分快捷，而且因为其支持任何显示器，也方便了工程师的设计，在做同一品牌不同产品GUI设计时，可以十分快速地代码移植。
究竟Harmony是否如此强大，还是需要工程师自己去切身体验。
此外在开发工具方面，Mcirochip提供了两块底板，主控分别是搭载了内置DDR2和外拓DDR2的不同型号，同时还提供了带有maXTouch触摸屏控制器的MEB II拓展板，可以配合底板完成完整的demo开发。
据Bill介绍：“PIC32MZ DA的一万片的起售价格为7.7美元。这是一款升级型的产品，已有的客户基于新产品非常强大的图形处理和开发的功能，可以更好地帮助实现更复杂的设计需求。因此我们相信会PIC32MZ DA能够受到市场的欢迎。”
PIC32MZ DA的集成DDR2、内建GPU的这些特性确实令人十分兴奋，在软件环境方面的改观也十分明显，不过价格方面依旧很Microchip。把阵线拉开，仅仅从终端产品表现上来进行对比：举个例子来说，A20已经是一颗老芯了，搞个GUI特效毫无压力，而且价格低廉。所以笔者认为PIC32MZ DA应该会在工控、军工等对可靠性要求高的应用市场占据优势，抑或是如Bill所言的那种已经对PIC黏度很高的忠实客户群。
来源：21ic
(mbbeetchina)
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