如何为HMI选择正确的微处理单元

在本文中，了解为工业人机界面（HMI）应用选择正确的微处理单元（MPU）时需要考虑的不同因素。

自从标准是由灯、刻度盘和手动开关组成的面板以来，HMI已经有了很大的发展。随着这种演变，需要具有高级显示和/或摄像头功能的HMI，包括2D/3D成像和图像识别，其中许多都涉及HD（高清）要求，如图1所示。

图1。现在，许多HMI都涉及摄像头、图像和视频技术，例如概述的高性能系统。通过选择MPU可以支持必要的功能。图片由瑞萨电子提供。

为此类应用实现高性能、可靠性和效率以及较短的上市时间对于在此类市场中保持竞争力至关重要。出于这个原因，负责设计HMI的工程师可能会考虑使用嵌入式MPU来处理显示和相机相关的功能。

在本文中，通过Renesas的示例了解MPU如何使常见的HMI应用程序受益。

人机界面应用

有几个应用程序和行业依赖HMI来提供高分辨率图像和摄像头功能：

商业：家庭安全、门铃系统、多功能打印机、楼宇自动化控制面板、白色家电

业务：数字标牌、KIOSK/POS终端、商业显示器、条码扫描器、认证门禁系统、办公设备、手写识别

行业：工业标牌、CNC设备、手持终端、测量设备、检测设备、诊断面板、工业面板

医疗：医疗显示器、病人监护系统

使用MPU解决方案可以显着增强这些应用程序。例如，选择具有快速、强大的中央处理器（CPU）的MPU可以加快安全产品、患者监护系统、工业面板和KIOSK/POS终端的图像和/或视频处理，更不用说标牌和数字显示。

增强图像处理能力的另一个例子包括专用图像处理和图形处理单元（GPU）的使用，进一步提高了检查设备、条形码扫描仪、认证控制面板、家庭安全和多功能打印机的性能和速度。

为HMI选择嵌入式MPU解决方案

在为HMI选择嵌入式MPU解决方案时，应首先考虑某些关键特性：

CPU性能、处理速度和内存

专用图像处理软件

可靠性

安全功能

长期软件支持

开发套件的可用性

CPU注意事项

在寻找嵌入式MPU解决方案时，CPU性能至关重要，内存和处理速度在视频分辨率和2D/3D功能等因素中也起着重要作用。

基于ARM的CPU是一种常见的选择，可用作单核或双核。ARMCortex-ACPU因其性能和低功耗而非常适合HMI。例如，一些64位Cortex-ACPU提供高达1.2GHz的速度。

选择正确的处理器应该平衡性能和图像处理速度。例如，虽然双核CPU速度更快，因为它们允许更多处理器同时运行，但它们并不总是正确的选择。如果软件不支持多核技术，双核选项不会增加速度或处理优势。

带有支持软件的MPU示例如图2所示。

图2。RZ/G2LMPU的框图。图片由瑞萨电子提供。

图像处理软件

专用的图像处理软件，如视频编解码器、视频引擎和图形引擎，也很重要。它可以处理图形和处理压缩/解压缩（即H.264和H.265），而不会给一般软件带来负担。该图像处理软件可以包括高级HMI功能的特定功能，例如3D图形和高分辨率视频。

可靠性纠错码

可靠性对于任务关键型应用程序尤其重要，包括用于内部和外部存储器的内置纠错码（ECC）等功能。ECC在数据传输中发挥着重要作用，因为即使某些位被错误地翻转，它们也允许重新生成消息。

基于硬件的安全性

关键安全功能包括安全启动、调试，以及用于ArmCPU的ArmTrustZone。ArmTrustZone专为嵌入式硬件而创建，同时在同一内核上运行安全操作系统（操作系统）和安全性较低的操作系统以提高安全性。

长期支持基础设施

在某些HMI应用程序中，工业和基础设施设备制造商由于设备的使用寿命而期望获得长期的软件支持。这种类型的长期支持通过具有超长期支持（SLTS）验证Linux软件包的民用基础设施平台（CIP）在某些MPU（例如，瑞萨电子RZ/G系列）中提供。

图3。RZ/G2参考板的框图概述，突出显示了CIPSLTS内核。图片由瑞萨电子提供。

CIP是工业级软件的开源基础层，专为基础设施系统的长期管理而设计。尤其是SLTSLinux内核，可确保超过10年的支持。

用于工业HMI的瑞萨电子RZ/A和RZ/G系列

瑞萨电子RZ产品系列的64位和32位基于Arm的MPU包括两个可供工业HMI选择的系列：RZ/A和RZ/G系列。

RZ/G2L、RZ/G2LC和RZ/A1H适用于显示相关的HMI应用，而RZ/A2M推荐用于相机相关的HMI应用。

RZ/A2M嵌入了DRP（动态可重构处理器）技术，可通过嵌入式人工智能加速图像处理，适用于物体识别应用。

除了Cortex-ACPU和可用内存之外，这两个MPU产品线都提供专用的图像处理软件、可靠性、安全功能和长期软件支持，如前所述，在选择用于HMI应用的MPU。