瑞萨RZ/G3E MPU为HMI应用构建智能大型显示设备

你有没有想过当下所经历的显示设备的增强之旅？

近年来，通勤列车上出现了许多广告显示器，便利店的自助支付设备，餐馆的数字菜单选择以及家里的烹饪设备。

在嵌入式人机界面（HMI）应用领域，小型显示器很常见，但最近10英寸或以上的相对大型嵌入式显示设备有所增加。对于此大小的显示设备，最好使用全高清（1920x1080像素）分辨率，以便图像看起来不会有颗粒感。除了分辨率之外，这些显示器也变得更加复杂，并且通常连接到Internet。此外，近年来，对基于AI的智能的需求不断增长，使设备能够识别用户并支持数据收集和分析。尽管功能强大，但由于环境保护和资源价格上涨，人们也需要低功耗的环保产品。瑞萨电子的新型RZ/G3E微处理器（MPU）旨在解决其中的许多挑战。

在高分辨率下实现平滑绘图和控制

MPU的性能对于平滑绘图至关重要，因为它直接影响图形显示的速度和效率。更快的MPU处理允许实时显示更复杂的图像，从而增强整体用户体验。RZ/G3E的四核Arm Cortex-A55CPU运行频率为1.8GHz，是一款功能极其强大的CPU，不仅可以执行HMI应用程序和各种Linux运行，还可以处理与边缘计算相关的应用程序。其运算处理性能比目前第二代RZ/G系列中级性能产品RZ/G2E MPU高3.4倍，接近高级性能产品RZ/G2M MPU。RZ/G3E MPU为用户提供了出色的性价比。

除了高性能CPU，RZ/G3E还集成了3D GPU Arm Mali-G52（相当于30GFlops）和H.264/265视频编解码器，加强对HMI功能的支持。此外，RZ/G3E内置了LCD控制器的两个通道，可同时输出两个全高清尺寸的屏幕，并独立控制两个屏幕。输出接口还配备了足够的功能，如双链路LVDS、4通道MIPI-DSI和并行数字RGB。这些出色的HMI功能即使在大屏幕上也能提供流畅的图形。

图 1：CoreMark值（CPU内核性能）的比较

图 2：HMI的主要功能和系统块示意图

边缘设备中不可或缺的高速通信

在当今的物联网时代，许多设备都连接到互联网，即使是显示设备，高速通信功能也是必不可少的。RZ/G3E支持PCIe Gen3（8Gbps）和USB3.2 Gen2（10Gbps），与现有RZ/G产品相比，通信速度显著提高，以满足这些市场需求。RZ/G3E内置高速连接接口，如PCIe Gen3、USB3.2 Gen2和千兆以太网，可实现与云的5G通信。

图 3：RZ/G3E和其他RZ/G MPU的功能比较表

Arm Ethos-U55 NPU加速智能

在人工智能（AI）盛行的时代，甚至需要嵌入式设备具有智能性并为用户提供高附加值。这是因为，如果所有AI处理都需要在云上完成，数据通信将需要大量的Internet网络流量。RZ/G3E配备了Arm Ethos-U55作为NPU（神经处理单元）专用处理器，用于AI推理，在1.0GHz运行时具有512 GOPS性能，提供用于对象检测、人脸识别和人数统计的视觉AI，以及语音AI和传感AI。Ethos-U55的另一个优点是它可以从主CPU卸载AI处理，允许用户构建更节能的系统。

这Ethos-U55还嵌入在瑞萨电子的RA8P1 MCU中，使用户能够从瑞萨电子的可扩展AI产品组合中进行选择。RA8P1是一款出色的AI加速MCU，可通过内置 NPU和SRAM轻松高速执行轻量级AI。另一方面，RZ/G3E MPU的优势在于使用外部高速DRAM以更高的速度处理更大的AI模型。

对于需要更高AI性能的用户，请参阅我们的RZ/V系列MPU。借助瑞萨电子的可扩展AI产品组合，您可以根据开发所需的AI模型大小或AI处理性能选择理想的开发产品。

图 4：以AI为中心且可扩展的产品组合

克服基于Linux的产品

从深度待机模式快速恢复的挑战

由于HMI产品不会在365天内24小时以全功率连续运行，因此在不使用时降低待机功耗尤为重要。对于较小的显示设备，通常使用基于RTOS的MCU，从断电状态开始的启动时间短，允许在不使用时关闭电源。但是，通常很难使用RTOS为具有更高功能的大型显示设备开发应用程序。因此，这些设备倾向于采用基于Linux的应用程序。Linux的程序大小基本上比RTOS程序大很多，导致在某些情况下需要10秒以上才能从断电状态启动系统。

为了解决这个问题，RZ/G3E实现了部分断电功能，通过保持将数据保存在DRAM内存中所需的最小电源并关闭其他区域的电源，可以显著降低功耗。在这种称为DDR保持模式的深度待机功能中，DRAM内存中的Linux程序不会消失，因此无需从外部非易失性存储器重新加载Linux程序，从而显著缩短了从待机状态返回的时间。此外，由于功耗降低到最小电源，因此MPU的待机功率可以以1mW左右的极低待机功率实现。

对于我们日常生活中经常使用且越来越复杂的大型显示设备，瑞萨电子全新的RZ/G3E MPU旨在通过提供更好的智能和更低的功耗来满足市场需求;让我们的生活更轻松。