工業和消費者HMI系統中的擴展內存

通常而言，人機界面（HMI）是令人可以與機器，系統或設備鏈接的用戶界面或儀表板。HMI由硬件和軟件組成，這些硬件和軟件容許將用戶輸入轉換爲機器的控制信號，進而向用戶提供反饋。HMI技術已在幾乎每一個行業中使用，包括製造，消費電子，娛樂和醫療等。
 
工業HMI是工業操做員和生產線主管用來控制製造或工業過程的主要工具。工業HMI從簡單的可替換按鈕和開關的便攜式界面到複雜的監控和數據採集（SCADA）操做面板。隨着咱們進入工業4.0時代，HMI變得無處不在，而尺寸卻在縮小而且變得更加便攜。
 
隨着物聯網（IoT）的出現，支持HMI的消費電子產品（例如智能恆溫器，監控攝像頭和智能家電）得到了巨大發展。這些消費類電子設備的HMI須要具備較小的外形尺寸，以便可以輕鬆集成到這些空間受限的系統中。所以在工業HMI和用於消費類電子產品的HMI中，都強烈要求經過使用小尺寸，低引腳數的半導體組件來縮小PCB尺寸。此外，因爲啓用HMI的消費電子產品一般由電池供電，所以須要全部組件來幫助最大限度地延長系統電池壽命。
 
HMI系統挑戰
傳統上，HMI由MCU，MPU或FPGA控制，並使用SDRAM或PSRAM用於代碼執行和圖形緩衝。可是，這種方法極大地損害了HMI系統的設計簡便性，功耗和佔地面積。
 
考慮一個典型的128MB SDR SDRAM或PSRAM，它須要32個設備引腳來進行數據傳輸。這些存儲器迫使使用具備高I/O引腳數的控制器，並經過增長佈線擁塞使PCB設計複雜化。此外，使用SDRAM時，PCB設計人員必須常常使用電源管理IC（PMIC）在PCB周圍分佈多個電源軌。這須要更多的PCB空間，並消耗更多的功率，這加重了PCB設計的挑戰。

 

 

圖1：通用工業和消費者HMI框圖。（來源：賽普拉斯半導體）

 
優化系統設計的另外一種方法是使用HyperRAM代替SDRAM和PSRAM在工業和消費類HMI應用中執行代碼執行和圖形緩衝（參見圖1）。工業和消費類HMI系統一般不渲染視頻，而且所使用的圖像具備中低分辨率。這意味着具備400MBps帶寬的64MB或128MB RAM一般足以用於圖形緩衝。可是，在許多傳統的HMI設計中，因爲密度低於1GB的SDRAM已過期，所以必須使用超額配置的SDRAM。
 
HyperRAM提供400MBps的高帶寬，與SDR SDRAM或DDR SDRAM或並行ADMUXP SRAM至關。可是，它能夠採用更小的佔位面積（48mm 2），低引腳數（用於數據傳輸的12引腳）封裝。
 
擴充RAM需求
內部和擴展RAM的組合大小是肯定如何執行復雜算法或使用控制器或FPGA/SoC顯示高分辨率圖形時最重要的因素之一。
 
足夠的RAM或系統內存能夠實現快速的讀寫操做，從而在啓動過程的早期階段就能夠快速交付圖形。此外，RAM還能夠兼做堆棧/堆存儲，以供應用程序代碼用來實現須要上下文和狀態存儲空間的多層服務中例程（ISR）。在圖2中估算了HMI系統中圖像緩衝所需的RAM密度，它是幀數，分辨率和色深的函數。

 

圖2：工業HMI所需的RAM與幀數和色深的關係。資料來源：賽普拉斯半導體