車用超低成本HMI處理器的完美之選？德州儀器低成本 AM62x Sitara? MPU 系列應(yīng)用處理器

一、簡(jiǎn)介

低成本 AM62x Sitara? MPU 系列應(yīng)用處理器專為 Linux? 應(yīng)用開發(fā)而構(gòu)建。憑借可擴(kuò)展的 Arm? Cortex?-A53 性能和嵌入式功能，例如雙顯示支持和 3D 圖形加速，以及一組廣泛的外設(shè)，AM62x 器件非常適合廣泛的工業(yè)和汽車應(yīng)用，同時(shí)還提供智能功能和優(yōu)化的電源架構(gòu)。

AM62x Sitara? 處理器的 13mm x 13mm 封裝 (ALW) 型號(hào)是工業(yè)級(jí)處理器，而 17.2mm x 17.2mm 封裝 (AMC) 型號(hào)則滿足 AEC-Q100 汽車標(biāo)準(zhǔn)?？梢允褂眉傻?Cortex-M4F 內(nèi)核和專用外設(shè)來(lái)滿足工業(yè)和汽車功能安全要求，這些內(nèi)核和外設(shè)均可與 AM62x 處理器的其余部分隔離。

3 端口千兆以太網(wǎng)交換機(jī)具有一個(gè)內(nèi)部端口和兩個(gè)外部端口，支持時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò) (TSN)。該器件上的附加 PRU 模塊可為客戶自己的用例提供實(shí)時(shí) I/O 功能。此外，AM62x 中包含大量外設(shè)，可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)級(jí)連接，例如：USB、MMC/SD、攝像頭接口、OSPI、CAN-FD 和 GPMC，用于將主機(jī)接口并行連接到外部 ASIC/FPGA。AM62x 器件還通過(guò)內(nèi)置硬件安全模塊 (HSM) 支持安全啟動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn) IP 保護(hù)，并為便攜式和功耗敏感型應(yīng)用提供高級(jí)電源管理支持

二、技術(shù)文章

過(guò)去，人機(jī)界面 (HMI) 由附帶按鈕、開關(guān)和指示燈的實(shí)體控制面板組成，讓使用者能與機(jī)器通訊。隨著技術(shù)的發(fā)展，使用者可以監(jiān)控制程、查看狀態(tài)信息顯示和發(fā)送命令。現(xiàn)在，HMI 應(yīng)用無(wú)處不在，包括用于控制電視的智能手機(jī)應(yīng)用程序、車輛語(yǔ)音命令，醫(yī)院中的患者監(jiān)控或智慧工廠的觸摸屏幕控制面板。

我們?cè)谌粘Ｉ钪谐掷m(xù)見到與機(jī)器的接觸點(diǎn)不斷增加。HMI 的未來(lái)會(huì)是什么樣貌？除了數(shù)據(jù)收集、控制與顯示外，新一代 HMI 超越了人機(jī)界面的應(yīng)用范圍，轉(zhuǎn)為提供人機(jī)互動(dòng)的方法，讓機(jī)器在其中展現(xiàn)智慧行動(dòng)，并與人通訊。例如，通過(guò)非接觸式互動(dòng)、物體和手勢(shì)檢測(cè)以及面部識(shí)別功能來(lái)出入大樓建筑，如影片「?智慧出入建筑物?」中所示。

進(jìn)入人機(jī)互動(dòng)的新世界需要互動(dòng)式智慧應(yīng)用，處理器也面臨全新挑戰(zhàn)，才能讓 HMI 成為可能?，F(xiàn)在來(lái)逐項(xiàng)探討新一代 HMI 三大考量。

第 1：利用邊緣 AI 啟用新功能

新一代 HMI 設(shè)計(jì)依賴邊緣人工智能 (AI) 啟用新功能?。例如，機(jī)器視覺(jué)可以通過(guò)面部識(shí)別功能啟用對(duì)機(jī)器的出入控制，或者通過(guò)手勢(shì)識(shí)別啟用非接觸式操作，如 圖 1 中示例所示。此外，在 HMI 設(shè)計(jì)中新增機(jī)器視覺(jué)等邊緣 AI 功能，可針對(duì)目前系統(tǒng)狀態(tài)和預(yù)測(cè)性維護(hù)，進(jìn)行更準(zhǔn)確的分析。建立新 HMI 應(yīng)用時(shí)，必須考量邊緣 AI 應(yīng)用開發(fā)的相關(guān)資源付出，以及處理器功能。

圖 1 醫(yī)療專業(yè)人士使用手勢(shì)識(shí)別與智能型 HMI 系統(tǒng)互動(dòng)

第二：平衡效能與功耗

單芯片上的高度整合會(huì)影響設(shè)備耗電量，特別是在完全啟用邊緣 AI 功能時(shí)。智能設(shè)計(jì)通常只需精巧外形尺寸，特別是在嚴(yán)苛環(huán)境下，這使得終端產(chǎn)品的耗電量變得更加復(fù)雜。設(shè)計(jì)人員必須克服在創(chuàng)建高效率設(shè)計(jì)時(shí)所面臨的挑戰(zhàn)，同時(shí)須銘記熱溫度限制，且不會(huì)增加整體系統(tǒng)成本。優(yōu)化電源設(shè)計(jì)應(yīng)包含超低功耗與多重低功耗模式，以延長(zhǎng)產(chǎn)品壽命。

第三：整合智慧連接與獨(dú)特的顯示器支持

現(xiàn)場(chǎng)等級(jí)裝置和傳感器數(shù)量不斷增加，以及新興的即時(shí)工業(yè)通訊信協(xié)議也為新的 HMI 應(yīng)用帶來(lái)了挑戰(zhàn)。例如，智慧工廠環(huán)境中的 HMI 需要與其他裝置和機(jī)器通訊，這意味著 HMI 設(shè)計(jì)需要連接和控制功能。顯示器是 HMI 的另一項(xiàng)設(shè)計(jì)考量，可提供獨(dú)特功能和方式來(lái)強(qiáng)化人機(jī)間的通訊。

隨著 HMI 持續(xù)演進(jìn)，這些應(yīng)用背后的處理器技術(shù)必須做好準(zhǔn)備，以與時(shí)俱進(jìn)。TI Sitara? AM62 處理器系列的首款裝置 AM623、AM625 和 AM625SIP 處理器專為低功耗和多種工業(yè)周邊設(shè)備而設(shè)計(jì)，可將省電的邊緣 AI 處理功能引入雙顯示器和小型應(yīng)用以及新一代 HMI，全部都納入考量。

AM625SIP 是 AM6254 處理器的系統(tǒng)級(jí)封裝(SIP)版本，額外增加了集成式 512MB LPDDR4 SDRAM。此裝置可直接解決工程師在設(shè)計(jì)處理器時(shí)所面臨的硬件、軟件、電力及更多挑戰(zhàn)。SIP 處理器具有其他優(yōu)點(diǎn)，例如可實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)化的硬件設(shè)計(jì)、優(yōu)化尺寸/系統(tǒng)物料清單成本，以及減少在芯片上配置 LPDDR4 所需的工程工作負(fù)擔(dān)。

此外，AM62P 處理器也通過(guò)集成式四核 Arm Cortex-A53、功能更強(qiáng)大的圖形處理單元(GPU)和 32 位元 LPDDR4，強(qiáng)化 HMI 應(yīng)用的性能。內(nèi)存帶寬的增加可大幅減少延遲、簡(jiǎn)化視覺(jué)轉(zhuǎn)換，并在處理器上提供卓越的多任務(wù)處理功能，能即時(shí)響應(yīng) HMI 應(yīng)用所需。此外，AM62P 的關(guān)鍵在于增強(qiáng)型 GPU 和視頻編碼器，能以高畫質(zhì)呈現(xiàn)復(fù)雜的 3D 圖形、效果和視頻流。

AM62X 處理器系列包含：AM623、AM625、AM625SIP 和 AM62P，通過(guò)可擴(kuò)展的單核至四核 Arm Cortex-A53 到 1.4-GHz 平臺(tái)，以及支持 TensorFlow 的 Mainline Linux 來(lái)強(qiáng)化邊緣 AI 功能的實(shí)現(xiàn)。此外，通用非同步接收器發(fā)射器、序列周邊界面和 I2C 等芯片內(nèi)置資源，也支持常用工業(yè)傳感器或控制器的連接選項(xiàng)，可進(jìn)一步簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)。

AM623 和 AM625 的最佳化電源設(shè)計(jì)支援多種核心功耗低至 7 mW 的電源模式、便攜式與電池供電設(shè)計(jì)。AM62P 也以專用視頻硬件加速器實(shí)現(xiàn)電源設(shè)計(jì)優(yōu)化，可分擔(dān) CPU 視頻處理負(fù)荷，進(jìn)而提升電源效率。簡(jiǎn)化的硬件設(shè)計(jì)可在精巧尺寸中實(shí)現(xiàn)具成本效益的系統(tǒng)解決方案。

AM623、AM625 和 AM625SIP 處理器支持各種顯示接口，其中包括具有成本效益的 RGB888，以及支持 2K 和超高畫質(zhì)顯示器的低壓差分信號(hào)接口。AM62P 也包括 DSI，并支持最多三個(gè)顯示器，從而增加了顯示接口列表。多重顯示功能可實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)靈活性與創(chuàng)新。

結(jié)論

HMI 的未來(lái)將在各種環(huán)境和應(yīng)用中展現(xiàn)人機(jī)通訊的智慧與創(chuàng)新。想象一下，在手術(shù)室中，醫(yī)護(hù)人員用自己的語(yǔ)音與病人監(jiān)控系統(tǒng)互動(dòng)，而不是輕觸屏幕維持無(wú)菌環(huán)境；或是在嘈雜的工廠中，工作人員只需一個(gè)手勢(shì)就能使用控制面板。使用 AM62 處理器系列，開始進(jìn)行最新世代的 HMI 設(shè)計(jì)。

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