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串口屏硬件之主控平台发展

  导读:

  串口屏因为简单、易用,大幅降低仪器设备的人机交互系统设计难度,解决人机交互相关工作的重复性设计问题,得到了仪器仪表、机电设备厂商的广泛认可和使用。在近20年的发展过程中,串口屏硬件平台先后经历了2代技术发展,对串口屏的性能产生了很大影响。

  1、串口屏硬件组成

  由串口、主控CPU、内存FLASH、图形控制器、显存SRAM/DARM等基本电路功能构成。

  2、第一代:

      2014年及以前这一时期的串口屏主控CPU以通用单片机为主,主频低,基本都在100MHz以内。

  由于CPU主频低、功能较为单一、集成度低,使得第一代串口屏都需要增加单独的芯片实现图形控制器和显存功能。 所以,第一代串口屏芯片数量众多、硬件设计难度大、成本高。而且,因为市场上没有成熟好用的图形控制器芯片,需要使用可编程逻辑器件自行设计实现,这也是第一代串口屏的设计难点之一。

 早期的串口屏,基于STM32F103VBT6 + CPLD的硬件平台设计,是这一时期极具代表性的原创串口屏硬件架构。

  正是由于第一代串口屏使用芯片数量多、且年代久远,因此受2020年夏季开始的芯片荒影响十分巨大,缺货导致了部分芯片价格成数十倍的上涨,造成了第一代串口屏在短时间内全部退出市场的事实。

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  3、第二代:2015年及以后

  第二代串口屏硬件平台具有两个显著特点:一是主控CPU主频明显提高,基本都在200MHz以上。二是CPU集成度大幅提高,通常都集成了图形控制器和显存功能,真正做到了单芯片方案,CPU外只需要外接一只内存FLASH就可以了。

  第二代串口屏主控CPU主频的提高,CPU的运算能力大幅提升,促使了串口屏图片格式由bmp无压缩点阵格式发展到了采用jpg压缩格式,大大减少了UI图片数据对内存的占用,推动了内存从大容量并口NAND FLASH进化到了小容量SPI Nor FLASH。带来的好处是一方面简化了硬件设计,同时降低了成本、且提高了存储可靠性。

  由于主控CPU主频的提升,CPU的运算能力大幅提升,也促使了第二代串口屏的音视频等多媒体功能得到了加强和广泛应用。

  由于芯片数量减少,第二代串口屏硬件设计难度大幅降低、成本优势明显。中显科技于2015年率先推出的SDWe系列串口屏,是这一时期串口屏的典型代表。

  4、未来趋势:

  由于串口屏市场的快速发展,受到了众多芯片设计公司的关注,市面上出现了多款针对该领域应用的新方案。基于Cortex-A7内核芯片是其中最有代表性的一类,该类芯片基本都是基于20nm级的工艺制造,先进的工艺,带来的是实实在在的性价比的提升。

  基于20nm级的Cortex-A7内核芯片,相较于40nm、50nm级工艺的第二代主控芯片,主频大幅提升至1GHz以上,数据处理能力大幅提升,恰好满足了串口屏提升各种动态画面显示效果的需求。芯片功耗更低,对电源电路、散热等硬件设计都是利好。部分厂商推出的Cortex-A7内核芯片,内部集成了大容量的DRAM显存,并采用了利于双面PCB板布线的QFP、QFN封装,具备了作为新一代串口屏硬件平台的基本条件。

  随着用户对串口屏应用体验的提升,再加上成本上的此消彼长, Cortex-A7内核芯片未来或许会成为新一代串口屏的首选。