EUR | USD

Nieuwe dimensies voor de implementatie van HMI zonder dat daar veel middelen voor nodig zijn

By Sreedharan Bhaskaran, Senior Manager, Software Engineering, Bridgetek Pte Ltd

De lancering van de iPhone, iets meer dan tien jaar geleden, betekende een enorme verandering in meerdere belangrijke elementen van ons dagelijks leven. Deze revolutionaire toestellen zouden een centrale rol gaan spelen in hoe we onmiddellijke interactie kregen met technologie: door middel van aanrakingen. Hoewel touchscreens al vele jaren bestonden, was het via dit product (en de producten van andere fabrikanten die al snel volgden) dat ze ten slotte wereldwijd voet aan de grond kregen. Nu hebben ze de hele manier waarop onze maatschappij werkt echt compleet veranderd en zouden we nog maar moeilijk zonder kunnen leven.

Conventionele human-machine interfaces (HMI), die voornamelijk bestonden uit mechanische toetsen, knoppen en schakelaars plus een 7-segments LED-display of een karaktermatrix display-unit zijn verdrongen door full-color TFT-LCD-schermen vol met geluid, video, animatie en natuurlijk touchfunctionaliteit. Terwijl de verwerkingssnelheden daar gelijke tred mee hebben gehouden in de applicatieprocessorruimte, hebben de microcontroller-units (MCU's), die het grootste deel van het zware werk verrichten in algemene elektronische apparaten, gewoonweg geen enkele aanzienlijke toename van hun computercapaciteit gehad.

De meeste MCU's werken op dit moment met het eerbiedwaardige 8051-kerngeheugen of een kerngeheugen uit de Arm® Cortex®-M-serie en zijn voornamelijk ontworpen voor besturings- en detectietaken. Ze zijn niet voorzien van grafische verwerkingseenheden (GPU's) zoals hun duurdere en krachtiger neefjes de applicatieprocessors. Daarin ligt de discrepantie - omdat we er gewend aan zijn geraakt hoe goed touch-interactie kan zijn, verwachten we van andere apparatuur (of het nu om winkel-, medische of industriële toepassingen gaat) nu diezelfde touch, datzelfde gevoel en diezelfde reactie als we van onze smartphones krijgen. MCU's kunnen echter niet dezelfde gebruikerservaringsniveaus bieden. Ze hebben hulp nodig.

Als de systeem-MCU zorg moet dragen voor de HMI, wordt een gedeelte van zijn verwerkingskracht weggeleid van zijn kerntaak. En dat is van invloed op de algehele prestaties. Bovendien is er ook een framebuffer en een groot flash-geheugen nodig om alle grafische gegevens op te slaan, omdat displays pixel voor pixel moeten worden weergegeven en ververst. De opname van die componenten neemt ruimte in beslag, belast de energietoewijzing en verhoogt de kosten van de materiaallijst.

Via zijn innovatieve, objectgerichte benadering is de prijswinnende Embedded Video Engine (EVE) IC-serie van Bridgetek rechtstreeks gericht op de technologiekloof die in de HMI-sector is ontstaan. In deze toestellen zit een krachtige GPU, een commandoprocessor voor het display, een JPEG-decoder, een LCD-controller, een audioprocessor en een touchprocessor. Als een EVE-chip wordt gekoppeld met een standaard-MCU, kan de gebruikerservaring van het systeem worden veranderd in iets dat bijzonder veel lijkt op een geavanceerde smartphone.

EVE kan HMI-systemen stroomlijnen door alle vereiste beeld- en audiocontent te verwerken in de vorm van zeer veel samengestelde objecten met vooraf gedefinieerde kenmerken (cirkels, vierkanten, piepen, enz.). Dit betekent dat niet alle details van de graphics of geluiden die binnen die HMI vallen hoeven te worden geopend, maar dat er gewoon een eenvoudige identificator aan ieder element wordt toegewezen. Daardoor wordt de bijbehorende dataoverdracht aanzienlijk verminderd, zodat de MCU minder wordt belast en er geen framebuffer of groot flash-geheugen meer nodig is. Als er meer complexe objecten (zoals schuiven, schakelaars, klokken en meters) worden gevraagd, zijn die allemaal beschikbaar in een uitgebreide, voorgeprogrammeerde bibliotheek.

Afbeelding van EVE-voorbeelden in huishoudelijke apparaten en kleinhandelscenario's.

Afbeelding 1: EVE-voorbeelden in huishoudelijke apparaten en kleinhandelscenario's (Bron afbeelding: Bridgetek)

De derde generatie EVE-chips van de BT81X-serie, met hun adaptieve schaalbare textuurcompressiefunctionaliteit (ASTC), heeft krachtige zelfstandige, onmiddellijke mode rendering-vermogens. Ze zijn geschikt voor schermresoluties tot 1280 x 720 pixel en diagonale paneelafmetingen tot 11" en ondersteunen bovendien capacitieve touchscreens met detectie tot vijf touchpunten. EVE heeft het vermogen om traditionele elektronicahardware nieuw leven in te blazen door het HMI-aspect aanzienlijk bij te werken. Enkele van de talrijke toepassingen die baat kunnen hebben bij deze technologie, zijn point-of-sales-units (PoS), huishoudelijke toepassingen, bloeddrukmonitors, krachtmeters, set-top boxes, wetenschappelijke instrumenten, liftbediening, veiligheidssystemen, industriële bedieningen, GPS-navigatieapparatuur, hartslagmonitors, verkoopautomaten en domoticasystemen. Op afbeelding 1 staan voorbeelden van waar EVE (in verbinding met een MCU via een SPI-interface) wordt toegepast in: a) de HMI van een geavanceerd wasmachinemodel en b) de slimme schappen in een gespecialiseerde wijnwinkel.

Nog een enorme kans voor een geraffineerder gebruik van HMI's ligt in de autobranche. EVE is op weg om een groot deel van de markt van de elektrische voertuigen (EV) en de autoaccessoires op de aftermarket te veroveren. EVE kan onder andere worden toegepast op dashboard-instrumentenpanelen, infotainment-consoles, weergave van zij- en achteruitkijkspiegels, heads-up displays en entertainmentconsoles voor de achterbank.

Er bestaat nu een enorm aantal secundaire displays, die de centrale infotainment-console aanvullen, die op dit moment worden ontworpen in auto's om het reizen minder saai te maken voor de passagiers en meer personalisatiemogelijkheden te kunnen bieden. Ze kunnen worden gebruikt voor navigatie, multimedia-entertainment en connectiviteitsdoeleinden. In deze context kan EVE, bij gebruik als geïntegreerde HMI-motor, worden gekoppeld aan een relatief goedkope MCU om dure applicatieprocessors, en flash- en DRAM-geheugensubsystemen te vervangen. Het resultaat is een eenvoudige en compacte oplossing voor een veel sterker concurrerende prijs.

Afbeelding van EVE toegepast in een instrumentenpaneel van een auto.

Afbeelding 2: EVE toegepast in een instrumentenpaneel van een auto (Bron afbeelding: Bridgetek)

Op afbeelding 2 is te zien hoe EVE-technologie al wordt gebruikt in auto-instrumentenpanelen en dashboards. Met een display-gebaseerde toepassing, in plaats van een mechanische, is er veel meer ontwerpflexibiliteit. De bestuurder kan eenvoudig overschakelen tussen een modern of een retro gevoel, afhankelijk van de persoonlijke voorkeur. Ook is afwisseling tussen de standaardrijmodus- en de sportmodusweergave mogelijk. Bovendien kan het kleurenschema worden aangepast aan de smaak van de automobilist.

Afbeelding van EVE in een EV-oplaadtoepassing

Afbeelding 3: EVE in een EV-oplaadtoepassing (Bron afbeelding: Bridgetek)

Er zijn ook belangrijke mogelijkheden op het gebied van voertuigdiagnose. Op afbeelding 3 is EVE in een EV-dashboard te zien. Hier ontvangt een MCU input van de relevante ECU's zodat EVE belangrijke parameters (zoals rijsnelheid, bereik, motorsnelheid, laadstatus van de accu en energieregeneratie) in real-time op het display kan weer kan geven in een opvallende animatie via de video-afspeelfunctie.

Afbeelding van het afstellen van een autostoel

Afbeelding 4: Het afstellen van een autostoel (Bron afbeelding: Bridgetek)

Op afbeelding 4 is een HMI voor het afstellen van een stoel te zien. Hier verzorgt EVE de grafische weergave, de rendering op het display en de touch-input van de gebruiker. Er kunnen voorkeursinstellingen worden geconfigureerd, zoals de positie van de stoel en de rugleuning, de hoogte van de rugleuning, enz. Deze configuraties kunnen worden opgeslagen in presets, die vervolgens kunnen worden opgeroepen wanneer dat nodig is.

Om ingenieurs te helpen bij EVE-projecten, wordt het platform ondersteund door een uitgebreid ontwikkelingspakket. Dit bestaat uit EVE Screen Designer (ESD), EVE Screen Editor (ESE) en EVE Asset Builder (EAB). Door het hoogste abstractieniveau te bieden, geeft EVE ingenieurs een complete workflow die de hele EVE-ontwikkelingscyclus ondersteunt. Het gebruik van het visuele programmeer-paradigma vereenvoudigt de snelle constructie van een HMI. ESE is een intuïtieve HMI-toepassing voor EVE-gebruikers van beginners-/gemiddeld niveau. Het doel van deze tool is gebruikers te helpen begrijpen hoe de EVE-commando's werken. Gebruikers kunnen één enkel statisch scherm bouwen door objecten te slepen en neer te zetten of door de EVE-commando's rechtstreeks in te voeren in concrete objecten op het scherm. De ingebouwde EVE-emulator draagt het effect van de commando's op het display exact zo over als ze op de gekozen schermgrootte en resolutie zouden verschijnen. De EAB-applicatie is bedoeld om gebruikers alle HMI-activa (zoals afbeeldingen, audio, video, lettertypegegevens, enz.) te laten converteren, zodat ze kunnen worden gecombineerd in een formaat dat compatibel is met EVE.

Het EVE-ecosysteem (met zijn chips en ondersteunende reeks tools) biedt de middelen waarmee levendige, kleurrijke en rijke touch-HMI's kunnen worden gecreëerd die voor positievere gebruikerservaringen zorgen. Bovendien doet het dit zonder dat er een dure applicatieprocessor-IC hoeft te worden gespecificeerd. Het doel van deze technologie wordt nu erkend in steeds meer industriesectoren, met een sterke toename in de autobranche.

Disclaimer: The opinions, beliefs, and viewpoints expressed by the various authors and/or forum participants on this website do not necessarily reflect the opinions, beliefs, and viewpoints of Digi-Key Electronics or official policies of Digi-Key Electronics.

Achtergrondinformatie over deze auteur

Sreedharan Bhaskaran, Senior Manager, Software Engineering, Bridgetek Pte Ltd