工業串口屏硬件主控平台的開發

簡介:工業(ye) 串口屏因其簡單易用，大大降低了儀(yi) 器設備人機交互係統的設計難度，解決(jue) 了人機交互相關(guan) 工作的重複性設計問題。它已被儀(yi) 器和機電設備製造商廣泛認可和使用。在近20年的發展中，工業(ye) 串口屏的硬件平台經曆了兩(liang) 代技術的發展，這對工業(ye) 串口屏的性能產(chan) 生了很大的影響。

1.工業(ye) 串口屏的硬件組成

它由串口、主控CPU、存儲(chu) 器FLASH、圖形控製器、SRAM/DARM等基本電路功能組成。

2、第一代:

2014年及之前，串行屏的主控CPU主要是通用單片機，主頻較低，基本都在100MHz以內(nei) 。

第一代工業(ye) 串口屏由於(yu) CPU主頻低，功能單一，集成度低，需要增加一個(ge) 單獨的芯片來實現圖形控製器和顯存的功能。所以第一代串口屏芯片眾(zhong) 多，硬件設計難度大，成本高。而且由於(yu) 市場上沒有成熟易用的圖形控製器芯片，需要使用可編程邏輯器件來設計實現，這也是第一代串口屏設計的難點之一。

早期的工業(ye) 串口屏，基於(yu) STM32F103VBT6+CPLD的硬件平台設計，是這一時期具有代表性的原創串口屏硬件架構。

因為(wei) 第一代串行屏使用的芯片數量多，而且年代久遠，所以受到2020年夏天開始的芯片短缺的影響很大。部分芯片缺貨導致部分芯片價(jia) 格上漲數十倍，導致第一代串行屏短時間內(nei) 全部退出市場。

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3.第二代:2015年及以後

第二代工業(ye) 串口屏硬件平台有兩(liang) 個(ge) 顯著特點:一是主控CPU主頻明顯提升，基本都在200MHz以上。第二，CPU的集成度有了很大的提高，通常集成了圖形控製器和顯存的功能，真正做到了單芯片方案，CPU之外隻需要一個(ge) 外存FLASH。

隨著二代工業(ye) 串口屏主CPU主頻的提升，CPU的運算能力大幅提升，促使串口屏圖像格式從(cong) bmp非壓縮點陣格式向jpg壓縮格式轉變，大幅降低UI圖像數據的內(nei) 存占用，推動了內(nei) 存從(cong) 大容量並行NAND FLASH向小容量SPI Nor FLASH的演進。一方麵簡化了硬件設計，降低了成本，提高了存儲(chu) 可靠性。

由於(yu) 主控CPU主頻的提高，CPU的運算能力大幅提升，二代串口屏的影音等多媒體(ti) 功能得到加強和廣泛應用。

由於(yu) 芯片數量的減少，二代串行屏的硬件設計難度大大降低，成本優(you) 勢明顯。中現科技在2015年率先推出的SDWe係列串行屏，就是這一時期串行屏的典型代表。

4.未來趨勢:

由於(yu) 工業(ye) 串口屏幕市場的快速發展，它引起了許多芯片設計公司的關(guan) 注，市場上出現了許多針對該領域的新解決(jue) 方案。基於(yu) Cortex-A7核的芯片是最具代表性的，基本上是在20nm工藝的基礎上製造的。先進的工藝帶來了性價(jia) 比的真正提高。

基於(yu) 20nm級別的Cortex-A7核心芯片相比40nm和50nm工藝的第二代主控芯片，主頻大幅提升至1GHz以上，數據處理能力大幅提升，正好滿足了串口屏幕提升各種動態畫麵顯示效果的需求。芯片功耗更低，有利於(yu) 電源電路、散熱等硬件設計。部分廠商推出的Cortex-A7核心芯片內(nei) 部集成了大容量DRAM內(nei) 存，采用了有利於(yu) 雙麵PCB板布線的QFP和QFN封裝，具備了新一代串行屏硬件平台的基礎條件。

隨著用戶對工業(ye) 串口屏應用體(ti) 驗的提升，再加上成本上的權衡，Cortex-A7核心芯片可能會(hui) 成為(wei) 未來新一代串行屏的首選。