實現高性價比家電人機接口

圖3. 傳統的軟件開發工作流程
設計團隊即使是改變文本位置等很小的細節，都會導致軟件工程的變化，有可能出現系統不穩定。對于每一次GUI 修改，不論大小，至少需要完成一個完整的設計、軟件工程和測試周期，以確保質量結果，避免出現意想不到的復雜的代碼變化。最初版本完成后，對軟件很小的改動以推出不同版本都需要進行大量的測試。最終過渡到新的低成本硬件平臺意味著軟件工程團隊需要針對新的軟件應用程序接口(API) 來重復整個過程，放棄了在以前產品上的所有工作。結果，他們花費大量的時間來推出后續產品，在很多情況下，無法保證GUI 外觀和樣式的連續性，甚至丟掉了這一特性。
雖然很難徹底消除開發過程的低效問題，但是，現在可以使用工具和全包技術解決方案來縮短重復性的開發周期，在嵌入式系統設計中實現更好的圖形性能，得到不會過時的設計，并且很容易在硬件系列之間移植這些設計。

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GUI 開發方法
有很多方法實現GUI 開發。手寫代碼是開發圖形應用程序最常用的方法，也是成本最高的方法。它需要較長的開發時間，很小的GUI 變化都非常繁瑣，針對每一器件實現都需要從頭開始重新編寫代碼。第二種方法是代碼發生器工具，它提供使用方便的接口來構建GUI，定義行為，但是，它產生通用代碼，需要進行很多硬件修改才能使其運行。第三種方法使用二級腳本語言以及解釋引擎來處理運行時腳本，需要大量的平臺資源，很容易出現嚴重的性能問題和錯誤。
第四種方法稱為二進制GUI 方法，它結合了專業GUI 構建工具，一套強大的軟件API，一些手寫代碼以及高性能嵌入式圖形引擎。設計人員利用基于PC 的工具可以開發象素精度很高的GUI，將其輸出到一個二進制數據文件。然后，將逐象素設計從設計人員的桌面直接傳送給開發人員，不需要進行其他的轉換。開發人員然后利用先進的高性能GUI 引擎以及相關的API 來處理并顯示存儲在二進制數據文件中的圖形數據。這一方法不但占用的平臺資源少，而且還允許進一步修改生成的GUI，不需要改動代碼和邏輯，或者進行很少的改動即可。而且，在模型之間，甚至在不同的硬件設計之間，今后都很容易對應用程序進行修改，重新使用。
“節能意識”應用平臺
為幫助生產商熟悉基于FPGA 的 HMI 解決方案在家電應用中的優勢， Altera、Echelon 和Altia 面向高質量白色家電市場推出了節能意識應用平臺。這一全集成的參考硬件平臺包括Altera Nios® 嵌入式評估套件(NEEK)，與其連接的是Echelon 電力線智能收發器板，一個4.3 LCD 觸摸屏模塊，以及顯示套件內部的玻璃背板。
平臺的主要構成是帶有Altera Nios II 嵌入式軟核處理器的Altera Cyclone III FPGA。這些器件控制所有系統軟件，包括用于電力線聯網的Echelon ShortStack® API，以及用于HMI 和LCD 觸摸屏控制的Altia 高性能GUI 引擎和工具等。 含有內置LCD 控制器、觸摸屏接口、內部視頻流水線以及集成高性能GUI 引擎和工具，
Cyclone III FPGA 幫助系統設計人員避免了使用外部LCD 驅動器和其他圖形元件，降低了材料 (BOM) 成本，縮短了產品面市時間。在家電市場上，從機械HMI 過渡到新一代數字LCD 觸摸屏HMI 時，這一系統設計方法有明顯的優勢。
NEEK LCD 控制器
圖4 所示為實現NEEK LCD 控制器設計外設和接口的高級結構圖。Cyclone III FPGA 的視頻流水線、LCD觸摸屏模塊以及MAX® II CPLD 是NEEK LCD 控制器的主要組成。

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圖4. NEEK LCD 控制器子系統
視頻流水線
視頻流水線負責驅動LCD 模塊數據總線上的數據信號，讀取Nios II 處理器產生的幀緩沖數據。一組專用Avalon® 流(ST) 外設實現了數據單元在不同寬度總線之間的轉換，在這一例子中，是24 位紅色、綠色和藍色(RGB) 象素輸入流至8 位象素輸出流的轉換，分別傳送每個RGB 顏色分量。在模塊數據總線上，視頻同步發生器外設將控制和數據信號進行排序，向LCD 觸摸屏模塊發送象素數據。