工業(yè)串口屏硬件主控平臺的開發(fā)

簡介:工業(yè)串口屏因其簡單易用，大大降低了儀器設備人機交互系統(tǒng)的設計難度，解決了人機交互相關工作的重復性設計問題。它已被儀器和機電設備制造商廣泛認可和使用。在近20年的發(fā)展中，工業(yè)串口屏的硬件平臺經(jīng)歷了兩代技術(shù)的發(fā)展，這對工業(yè)串口屏的性能產(chǎn)生了很大的影響。

1.工業(yè)串口屏的硬件組成

它由串口、主控CPU、存儲器FLASH、圖形控制器、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(nèi)。

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

早期的工業(yè)串口屏，基于STM32F103VBT6+CPLD的硬件平臺設計，是這一時期具有代表性的原創(chuàng)串口屏硬件架構(gòu)。

因為第一代串行屏使用的芯片數(shù)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格上漲數(shù)十倍，導致第一代串行屏短時間內(nèi)全部退出市場。

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3.第二代:2015年及以后

第二代工業(yè)串口屏硬件平臺有兩個顯著特點: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，通常集成了圖形控制器和顯存的功能，真正做到了單芯片方案，CPU之外只需要一個外存FLASH。

隨著二代工業(yè)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bmp非壓縮點陣格式向jpg壓縮格式轉(zhuǎn)變，大幅降低UI圖像數(shù)據(jù)的內(nèi)存占用，推動了內(nèi)存從大容量并行NAND FLASH向小容量SPI Nor FLASH的演進。一方面簡化了硬件設計，降低了成本，提高了存儲可靠性。

由于主控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功能得到加強和廣泛應用。

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

4.未來趨勢:

由于工業(yè)串口屏幕市場的快速發(fā)展，它引起了許多芯片設計公司的關注，市場上出現(xiàn)了許多針對該領域的新解決方案。基于Cortex-A7核的芯片是最具代表性的，基本上是在20nm工藝的基礎上制造的。先進的工藝帶來了性價比的真正提高。

基于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(shù)據(jù)處理能力大幅提升，正好滿足了串口屏幕提升各種動態(tài)畫面顯示效果的需求。芯片功耗更低，有利于電源電路、散熱等硬件設計。部分廠商推出的Cortex-A7核心芯片內(nèi)部集成了大容量DRAM內(nèi)存，采用了有利于雙面PCB板布線的QFP和QFN封裝，具備了新一代串行屏硬件平臺的基礎條件。

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