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串口屏硬件之主控平臺發(fā)展

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點擊次數(shù)：更新時間：2021-11-22 14:36:09 【打印此頁】【關(guān)閉】

導(dǎo)讀：

串口屏因為簡單、易用，大幅降低儀器設(shè)備的人機交互系統(tǒng)設(shè)計難度，解決人機交互相關(guān)工作的重復(fù)性設(shè)計問題，得到了儀器儀表、機電設(shè)備廠商的廣泛認(rèn)可和使用。在近20年的發(fā)展過程中，串口屏硬件平臺先后經(jīng)歷了2代技術(shù)發(fā)展，對串口屏的性能產(chǎn)生了很大影響。

串口屏硬件構(gòu)成

由串口、主控CPU、內(nèi)存FLASH、圖形控制器、顯存SRAM/DARM等基本電路功能構(gòu)成。

圖1 串口屏組成框圖

內(nèi)存FLASH用于存儲用戶UI數(shù)據(jù)。主控CPU接收并解析串口指令和觸摸屏指令，調(diào)取FLASH中的UI數(shù)據(jù)，并按照要求處理后顯示。CPU通過圖形控制器將像素點陣數(shù)據(jù)寫入顯存，同時，圖形控制器產(chǎn)生掃描時序，按照一定掃描頻率依次逐點從顯存中取出像素數(shù)據(jù)并輸出到液晶屏上。

第一代：2014年及以前

這一時期的串口屏主控CPU以通用單片機為主，主頻低，基本都在100MHz以內(nèi)。

圖2 SDW串口屏核心電路

由于CPU主頻低、功能較為單一、集成度低，使得第一代串口屏都需要增加單獨的芯片實現(xiàn)圖形控制器和顯存功能。所以，第一代串口屏芯片數(shù)量眾多、硬件設(shè)計難度大、成本高。而且，因為市場上沒有成熟好用的圖形控制器芯片，需要使用可編程邏輯器件自行設(shè)計實現(xiàn)，這也是第一代串口屏的設(shè)計難點之一。

中顯科技早期的SDW系列串口屏，基于STM32F103VBT6 + CPLD的硬件平臺設(shè)計，是這一時期極具代表性的原創(chuàng)串口屏硬件架構(gòu)。

正是由于第一代串口屏使用芯片數(shù)量多、且年代久遠(yuǎn)，因此受2020年夏季開始的芯片荒影響十分巨大，缺貨導(dǎo)致了部分芯片價格成數(shù)十倍的上漲，造成了第一代串口屏在短時間內(nèi)全部退出市場的事實。

第二代：2015年及以后

第二代串口屏硬件平臺具有兩個顯著特點：一是主控CPU主頻明顯提高，基本都在200MHz以上。二是CPU集成度大幅提高，通常都集成了圖形控制器和顯存功能，真正做到了單芯片方案，CPU外只需要外接一只內(nèi)存FLASH就可以了。

圖3 SDWe與SDWa串口屏核心電路

第二代串口屏主控CPU主頻的提高，CPU的運算能力大幅提升，促使了串口屏圖片格式由bmp無壓縮點陣格式發(fā)展到了采用jpg壓縮格式，大大減少了UI圖片數(shù)據(jù)對內(nèi)存的占用，推動了內(nèi)存從大容量并口NAND FLASH進(jìn)化到了小容量SPI Nor FLASH。帶來的好處是一方面簡化了硬件設(shè)計，同時降低了成本、且提高了存儲可靠性。

由于主控CPU主頻的提升，CPU的運算能力大幅提升，也促使了第二代串口屏的音視頻等多媒體功能得到了加強和廣泛應(yīng)用。

由于芯片數(shù)量減少，第二代串口屏硬件設(shè)計難度大幅降低、成本優(yōu)勢明顯。中顯科技于2015年率先推出的SDWe系列串口屏，是這一時期串口屏的典型代表。

未來趨勢：

由于串口屏市場的快速發(fā)展，受到了眾多芯片設(shè)計公司的關(guān)注，市面上出現(xiàn)了多款針對該領(lǐng)域應(yīng)用的新方案?；贑ortex-A7內(nèi)核芯片是其中最有代表性的一類，該類芯片基本都是基于20nm級的工藝制造，先進(jìn)的工藝，帶來的是實實在在的性價比的提升。

基于20nm級的Cortex-A7內(nèi)核芯片，相較于40nm、50nm級工藝的第二代主控芯片，主頻大幅提升至1GHz以上，數(shù)據(jù)處理能力大幅提升，恰好滿足了串口屏提升各種動態(tài)畫面顯示效果的需求。芯片功耗更低，對電源電路、散熱等硬件設(shè)計都是利好。部分廠商推出的Cortex-A7內(nèi)核芯片，內(nèi)部集成了大容量的DRAM顯存，并采用了利于雙面PCB板布線的QFP、QFN封裝，具備了作為新一代串口屏硬件平臺的基本條件。

隨著用戶對串口屏應(yīng)用體驗的提升，再加上成本上的此消彼長， Cortex-A7內(nèi)核芯片未來或許會成為新一代串口屏的首選。

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