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1、基于Stellaris ARM Cortex-M3 MCU 的人机接口(Human Machine Interface ) 方案介绍Reagan Zhou / Zag Lu / Junhui Ji合众达电子, SEED International议程人机接口(HMI)设计简介SEED-IDM9B9X方案介绍人机接口(HMI) 的应用范围应用于消费类电子车载显示手机，特别是智能手机便携式音频及视频播放器应用于工业(嵌入式)工厂控制工业自动化系统家居、楼宇控制人机接口(HMI)嵌入式HMI 可应用于简单的按键和字符显示2维图形界面显示、触摸屏控制3维图形及视频显示屏嵌入式通信接口可包含串行接口（R
2、S232，RS485）IICSSICANUSBEthernetHMI 硬件架构10/100EthernetUSBI2SCANControllerArea NetworkI2C, SSI,UARTSitaraStellarisUSBUSB / GPIO显示/用户输出用户输入设备(或者用触摸屏输入)MCU 或者MPU + Memory通信接口:串口, 以太网, CAN, USBHMI 软件架构用户输入数据处理用户输出嵌入式网页服务器(可选的) RTOS或OS设备驱动用户界面导航USBCANI2CUARTSSI10/100Ethernet评估套件1客户化定制2量产3设计HMI流程产品Stellari
3、s模块现成模块、可直接集成到产品的模块StellarisMCUs使用我们的开放式工具进行软件和硬件设计产品定制、调试你的开发板使用任何的ARM Cortex M3 JTAG仿真器+第三方工具Stellaris评估板Stellaris开放式工具的参考设计10-pin 到20-pin JTAG 转接头接口选择Stellaris微控制器没有自带LCD驱动器，所以需要外扩LCD Driver。有如下选择：串行接口：常用I2C 或SPI.并行接口：简单的主机类型系统，可以使用8位或16位数据形式，通过高速GPIO（位操作）或者EPI接口。寻找大于4英寸的集成控制IC比较困难。在很多情况下，需要使用自定义
4、显示来满足需求。如果没有集成的控制器，一个独立的控制器支持的微控制器接口芯片可以放置在微控制器和显示器面板之间。接口选择- 串行StellarisMCUSSII2CLCD控制器显示控制芯片最常见的接口是SSI/SPI和I2C.优点: 较少的信号线,合适的速度(SSI, 可达系统时钟的系统时钟)缺点: 速度比较慢(I2C), 大尺寸屏幕不常用例子: EK-LM3S2965, EK-LM3S6965, EK-LM3S8962, EK-LM3S811方案1: 带LCD驱动器的屏方案2: LCD控制器+ 屏或内部集成电路接口(I2C) 和同步串行接口(SSI)内部集成电路接口(I2C)I2C总线上的设
5、备可以设计为主机或从机，每个模块支持同时发送和接口数据，也支持作为主机和从机的同步操作4中I2C模式: 主机发送：主机接收从机发送：从机接收StellarisI2C模块能够运行在两种速度下：标准(100 Kbps)和快速(400 Kbps).I2C主机模式和从机模式均能产生中断I2C 主机在发送或接收操作完成（或由于错误中止）时产生中断I2C 从机在主机已向其发送数据或发出请求时产生中断.同步串行接口The StellarisSSI模块有以下特性:主机或从机操作模式主机时钟可达系统时钟的1/2 (25Mb 50MHz)从机时钟可达系统时钟的1/12(4.1667Mb 50MHz)时钟位速率和预
6、分频可编程独立的发送和接收FIFO，16位宽，8个单元深FreescaleSPI, MICROWIRE, 或Texas Instruments 同步串行接口的操作可编程数据帧大小可编程，范围为416位内部回送测试(loopback test)模式，可进行诊断/调试测试接口选择 并行StellarisMCUGPIOEPIDisplay Controller IC显示控制器芯片通常支持的并行接口为8/16位6800或8080兼容接口优点: 由于是并行传输，速度快缺点：资源消耗大，需要较多引脚例子: EK-LM3S3748, DK-LM3S9B96, 所有RDK-IDM 板卡方案1: 带LCD驱动器
7、的屏方案2: LCD控制器+ 屏或Stellaris 外设I/O 接口可编程控制GPIO引脚配置所有的GPIO能够配置成外部中断引脚位寻址快速输出切换：切换速率可达1/2CPU时钟输入/输出可承受5V电压单片最多高达72个GPIO口可编程驱动能力2 mA4 mA8 mA8 mA带斜率控制可编程弱上拉或弱下拉电阻使能开漏(open drain)状态数字输入使能GPIO 开关速率比较Toggle rate =CPU Clk/ 2Output Freq =CPU Clk/ 4Toggle rate =CPU Clk/ 7Output Freq =CPU Clk/ 14Stellaris ARM7外扩
8、总线(EPI)支持多种类型设备机器到机器: 宽并行接口用于快速通信例如, CPLDsand FPGAs数据宽度可达32位，数据速率可达150Mbytes每秒可选地址大小从4位到20位可选时钟输出，读写频率，和时钟使能输入其他特性普通并行GPIO，快速控制的FIFO用于普通外设和数字控制阻塞和非阻塞读取写FIFO和处理器在时间上独立直接内存访问(DMA)接口选择 为什么不直接驱动?液晶显示器的接口在理论上可以从微控制器直接驱动，只要我们有足够的管脚。如果现在没有控制器IC，每个像素需要刷新多次来避免屏幕闪烁(典型是60)写入的像素数据需要存在本地，假设16位色彩，就是说每个像素点16位，简单例子
9、如：屏幕: 320x240, 16位色彩假设: 单周期GPIO写数据，忽略VSYNC 和HSYNC, 信号需要3个GPIO口(2 个数据线，1个控制线)320 * 240 = 76,800 像素16位色彩= 76,800 x 16 位(2 字节) = 153,600字节每帧76,800 * 3 周期(每个GPIO口写算1个周期) = 230,400 周期60 fps = 230,400 * 60 = 13,824,000 周期接口选择 为什么不直接驱动?从上面的例子看，它需要13,824,000 个周期每秒，这些时间仅仅把数据放入了显示缓存区这里还没有考虑到帧缓冲内存访问而且还没有考虑HSYN
10、C 和VSYNC.Stellaris设备没有足够的内部SRAM在本地存储显示用的缓存外部的慢速存储器用来存贮帧缓存假设每4个时钟周期1个像素(位并行接口，通过EPI),这样就额外需要18,432,000时钟每秒。而现实中，大多数访问都超过4个时钟。当需要读取外部存储器和精确地同步信号时，画一些简单的帧缓冲区已经消耗了CPU的大部分时间。SEED-IDM9B9X方案介绍以太网USBCAN&IICSD 卡音频DB9 串口8MB SDRAM1MB Flash3.5寸真彩触摸屏双Jtag口用户扩展I/O口板卡硬件为HMI做的优化8M Byte SDRAM可以作为显示用缓存存储器，LM3S9B9X可以支
11、持最大64MB大小和50MHz的速。1MB 的外扩Flash可以存放标准汉字库等数据及程序。3.5寸16位真彩触摸屏，可以适用大部分工业HMI场合。USB A型接口，可以接鼠标、WIFI模块、3G模块、U盘等从设备，也可以通过配置，将其配置成从设备接PC。硬件支持同步以太网（LM3S9B96），方联网的工业设备实现时钟同步校准CAN接口以及IIC接口引出，方联网。标准DB9口接口，方扩展Wifi模块以及其他标准DB9接口模块。音频接口扩展，可以实现录音、回放、音乐播放等功能。SD卡接口，可以存放图片、波形等信息文件。用户扩展I/O,板上用IIC扩展8个用户I/O供客户使用。如果客户需要多的I/
12、O,可用CPLD或FPGA扩展，合众达可为其提供相应参考设计。双Jtag接口，方CCS和IAR/Keil原有用户开发。多大的屏驱设计（800*600分辨）方案正在设计中。配套软件为HMI做的优化TI丰富的图形界面库，以源代码形式开放。客户通过修改即可简单完成自己的人机界面程序，节大的软件开发时间。ROM中固化Stellarisware软件库。RTOS：每个LM3S器件，都支持FreeRTOS操作系统（免费的，无版权问题） LM3S1968/2965/3748/6965/8962/9B90移植UCOSII,正在移植给其他产品。都已经已经LM3S9B96的ROM中固化SafeRTOS，经过IEC6
13、1508和FDA510(k)的认证。去65K美的购买费用。TCP/IP 协议栈:所有支持以太网的TI M3都完成lwIP和uIP的协议栈。合众达专业的技术团队可以帮助客户一起完成基于相应业的人机界面，欢迎来电咨询并合作。LM3S9B96的ROM中固化了SAFERTOS 在ROM中集成高度完整的RTOS可作为一个标准的操作系统，或者作为需要Can be used as a standard operating IEC61508 或FDA510(k)认证应用的一部分RTOS 价值$65k，但使用LM3S9B96是免费的集成的硬件/软件解决方案，缩短产品上市时间，并大大降低了工业和医疗应用的成本创新的设计保证将WITTENSTEIN提供完整的密钥和处理文件分开图形库示Primitives Radio Buttons CheckboxCanvas Push Buttons ContainerSecurity KeypadBLDC Touchscreen Motor ControllerSEED-IDM9B9X板卡使用教程视频正在录制中，很快会在TI E2E工程师社区中发布谢谢！
