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串口屏硬件之主控平臺發(fā)展

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點擊次數(shù)：更新時間：2021-11-22 14:36:09 【打印此頁】【關(guān)閉】

導讀：

串口屏因為簡單、易用，大幅降低儀器設(shè)備的人機交互系統(tǒng)設(shè)計難度，解決人機交互相關(guān)工作的重復性設(shè)計問題，得到了儀器儀表、機電設(shè)備廠商的廣泛認可和使用。在近20年的發(fā)展過程中，串口屏硬件平臺先后經(jīng)歷了2代技術(shù)發(fā)展，對串口屏的性能產(chǎn)生了很大影響。

串口屏硬件構(gòu)成

由串口、主控CPU、內(nèi)存FLASH、圖形控制器、顯存SRAM/DARM等基本電路功能構(gòu)成。

圖1 串口屏組成框圖

內(nèi)存FLASH用于存儲用戶UI數(shù)據(jù)。主控CPU接收并解析串口指令和觸摸屏指令，調(diào)取FLASH中的UI數(shù)據(jù)，并按照要求處理后顯示。CPU通過圖形控制器將像素點陣數(shù)據(jù)寫入顯存，同時，圖形控制器產(chǎn)生掃描時序，按照一定掃描頻率依次逐點從顯存中取出像素數(shù)據(jù)并輸出到液晶屏上。

第一代：2014年及以前

這一時期的串口屏主控CPU以通用單片機為主，主頻低，基本都在100MHz以內(nèi)。

圖2 SDW串口屏核心電路

由于CPU主頻低、功能較為單一、集成度低，使得第一代串口屏都需要增加單獨的芯片實現(xiàn)圖形控制器和顯存功能。所以，第一代串口屏芯片數(shù)量眾多、硬件設(shè)計難度大、成本高。而且，因為市場上沒有成熟好用的圖形控制器芯片，需要使用可編程邏輯器件自行設(shè)計實現(xiàn)，這也是第一代串口屏的設(shè)計難點之一。

中顯科技早期的SDW系列串口屏，基于STM32F103VBT6 + CPLD的硬件平臺設(shè)計，是這一時期極具代表性的原創(chuàng)串口屏硬件架構(gòu)。

正是由于第一代串口屏使用芯片數(shù)量多、且年代久遠，因此受2020年夏季開始的芯片荒影響十分巨大，缺貨導致了部分芯片價格成數(shù)十倍的上漲，造成了第一代串口屏在短時間內(nèi)全部退出市場的事實。

第二代：2015年及以后

第二代串口屏硬件平臺具有兩個顯著特點：一是主控CPU主頻明顯提高，基本都在200MHz以上。二是CPU集成度大幅提高，通常都集成了圖形控制器和顯存功能，真正做到了單芯片方案，CPU外只需要外接一只內(nèi)存FLASH就可以了。

圖3 SDWe與SDWa串口屏核心電路

第二代串口屏主控CPU主頻的提高，CPU的運算能力大幅提升，促使了串口屏圖片格式由bmp無壓縮點陣格式發(fā)展到了采用jpg壓縮格式，大大減少了UI圖片數(shù)據(jù)對內(nèi)存的占用，推動了內(nèi)存從大容量并口NAND FLASH進化到了小容量SPI Nor FLASH。帶來的好處是一方面簡化了硬件設(shè)計，同時降低了成本、且提高了存儲可靠性。

由于主控CPU主頻的提升，CPU的運算能力大幅提升，也促使了第二代串口屏的音視頻等多媒體功能得到了加強和廣泛應用。

由于芯片數(shù)量減少，第二代串口屏硬件設(shè)計難度大幅降低、成本優(yōu)勢明顯。中顯科技于2015年率先推出的SDWe系列串口屏，是這一時期串口屏的典型代表。

未來趨勢：

由于串口屏市場的快速發(fā)展，受到了眾多芯片設(shè)計公司的關(guān)注，市面上出現(xiàn)了多款針對該領(lǐng)域應用的新方案?；贑ortex-A7內(nèi)核芯片是其中最有代表性的一類，該類芯片基本都是基于20nm級的工藝制造，先進的工藝，帶來的是實實在在的性價比的提升。

基于20nm級的Cortex-A7內(nèi)核芯片，相較于40nm、50nm級工藝的第二代主控芯片，主頻大幅提升至1GHz以上，數(shù)據(jù)處理能力大幅提升，恰好滿足了串口屏提升各種動態(tài)畫面顯示效果的需求。芯片功耗更低，對電源電路、散熱等硬件設(shè)計都是利好。部分廠商推出的Cortex-A7內(nèi)核芯片，內(nèi)部集成了大容量的DRAM顯存，并采用了利于雙面PCB板布線的QFP、QFN封裝，具備了作為新一代串口屏硬件平臺的基本條件。

隨著用戶對串口屏應用體驗的提升，再加上成本上的此消彼長， Cortex-A7內(nèi)核芯片未來或許會成為新一代串口屏的首選。

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