引領 HMI 實作進入無需耗用大量資源的新境界

十多年前 iPhone 的問世，預告著人類日常生活將有幾大層面會徹底改變。這款顛覆性手機在人類與科技的即時互動方式上扮演著關鍵角色，即觸控式互動。雖然在此之前，觸控螢幕已問世多年，但正是透過 iPhone (和其他製造商後續跟進的產品)，讓觸控螢幕最終吸引全球相繼使用。觸控螢幕如今顛覆了整個社會的運作方式，少了它們將難以度日。

傳統的人機介面 (HMI) 過去主要包含機械按鈕、旋鈕、開關，以及 7 區段 LED 顯示或字元矩陣顯示單元，如今已由全彩 TFT-LCD 螢幕取代，並且搭配影音、動畫以及理所當然的觸控功能。雖然應用處理器在處理速度上有跟上需求，但在普通電子裝置中處理大部分繁重工作的微控制器單元 (MCU)，其運算能力仍未大幅提升。

現今大多數的 MCU 都是由知名的 8051 核心或 Arm® Cortex®-M 系列核心所驅動，而且主要都是針對控制與感測作業而設計。這些 MCU 與更昂貴、更強大的應用處理器姊妹產品不同，並未搭載圖形處理單元 (GPU)。差別就在這裡。人們已經習慣觸控式互動的優異之處，現在會期望其他設備也像智慧型手機一樣，具有相同的觸控、感受和回應方式，無論是零售、醫療還是工業性質的設備。但是，MCU 無法提供相同程度的使用體驗。MCU 需要一臂之力。

如果系統 MCU 必須負責處理 HMI，則需將部分處理能力從核心作業中轉移給 HMI，如此一來就會影響到整體效能。此外，顯示器需要按像素逐一渲染並重新整理，因此需要訊框緩衝區，以及用於儲存所有圖形資料的大型快閃記憶體。若要加入這些組件，會佔用空間、增加功率預算，並提高物料清單成本。

Bridgetek 獲獎肯定的嵌入式影片引擎 (EVE) 系列 IC，利用新的物件導向式方法，將目標直接鎖定於解決 HMI 領域中出現的技術差距。這些裝置中都配備有強大的 GPU、顯示器命令處理器、JPEG 解碼器、LCD 控制器、音訊處理器，以及觸控處理器。若將 EVE 晶片搭配任何標準 MCU 使用，系統的使用體驗就可相當接近尖端智慧型手機的使用體驗。

EVE 能讓 HMI 系統更順暢，以許多具有預定義特性 (圓圈、方形、嗶聲等) 的組成物件，來處理所有必要的影像和音訊內容。也就是說，不需要存取 HMI 內所包含之圖形或聲音的全部細節，只需針對每個要素分配一個簡易的辨識符即可。如此一來，就能大幅減少相關的資料傳輸作業、減輕 MCU 的壓力，而且不再需要訊框緩衝區或大型快閃記憶體。如需使用更複雜的物件 (如滑桿、觸發器、時脈與量測計) 時，皆可從預先經過編程的龐大資料庫中取得。

圖 1：家電與零售情境的 EVE 範例 (圖片來源：Bridgetek)

第三代 BT81X 系列 EVE 晶片擁有自適應可伸縮紋理壓縮 (ASTC) 功能，展現出強大且獨立的即時模式渲染能力。此晶片的顯示器解析度能高達 1280 x 720 像素，面板對角尺寸則可高達 11”，並支援能偵測多達五個觸控點的電容式觸控螢幕。EVE 能夠大幅更新 HMI 層面，為傳統的電子硬體注入新的生命力。有許多應用都能從這個技術中獲益，包括銷售點 (PoS) 單元、家電、血壓監測器、電表、機上盒、科學儀器、電梯控制、保全系統、工業控制、GPS 導航設備、心率監測器、自動販賣機，以及居家自動化系統。圖 1 展示 EVE (透過 SPI 介面與 MCU 相連) 在先進洗衣機 HMI 介面中的應用，以及在紅酒專賣店智慧型貨架中的應用。

另外，汽車業也非常有機會進行更精細複雜的 HMI 部署。在電動車 (EV) 以及修配零件市場汽車配件方面，EVE 已在市場中獲得大量採用。在其他方面，EVE 也可用於儀表板儀表群、車用資訊娛樂主機、側視與後視鏡顯示器、抬頭顯示器，以及後座娛樂主機。

目前有非常多針對汽車設計的次要顯示器，可當作車用資訊娛樂中央主機的輔助工具，藉此增進乘客的旅途樂趣，並達到更高程度的個人化。這些顯示器能用於導航、多媒體娛樂及連線用途。在此情況下，當 EVE 作為整合式 HMI 引擎使用時，EVE 能搭配成本相對較低的 MCU，並取代昂貴的應用處理器、快閃記憶體及 DRAM 記憶體子系統。最終的解決方案不僅簡易小巧，而且價格更有競爭力。

圖 2：EVE 應用於汽車儀表群 (圖片來源：Bridgetek)

圖 2 顯示 EVE 技術用於汽車儀表群和儀表板單元的現況。以顯示器為基礎的實作 (而非機械式實作)，能讓設計享有更高的靈活性。駕駛人能依照自己的偏好，輕鬆切換為現代感或復古式體驗，也能從標準駕駛模式轉換為運動模式視角。色彩配置也能有所變化，反映出駕駛的特定品味。

圖 3：EVE 用於電動車充電應用 (圖片來源：Bridgetek)

此外，汽車診斷方面也是很大的應用市場。圖 3 顯示 EVE 用於電動車儀表板的情況。在此，MCU 會取得來自相關 ECU 的輸入，以便 EVE 顯示器上，透過影片回放功能以引人注目的動畫形式，即時呈現主要的參數 (例如汽車速度、航程、馬達速度、電池充電量及能源再生)。

圖 4：汽車座椅調整 (圖片來源：Bridgetek)

圖 4 顯示座椅調整 HMI 介面。在此，EVE 會處理圖形的呈現、顯示器渲染，以及使用者的觸控輸入。使用者可以配置許多偏好設定，例如座椅位置、後靠背位置、後靠背高度等等。這些配置可儲存於預設值中，之後需要時可直接叫用。

為協助工程師進行 EVE 專案，此平台具有一套完善的開發套件作為後盾，其中包含 EVE Screen Designer (ESD)、EVE Screen Editor (ESE) 與 EVE Asset Builder (EAB)。ESD 提供最高的抽象度，為工程師提供能支援整個 EVE 開發週期的完整工作流程；並使用視覺編程方法，促進 HMI 快速建構。ESE 是直覺的 HMI 應用程式，主要鎖定初學者／中級 EVE 使用者。此工具旨在協助使用者瞭解如何使用 EVE 命令。使用者可以建構單一靜態畫面，方法包括拖放物件，或是直接輸入 EVE 命令，將物件具體呈現於螢幕上。內建的 EVE 模擬器會確切傳達顯示器命令的效果，如同呈現在選定的螢幕尺寸和解析度下一樣。EAB 應用程式的用途是讓使用者轉換所有 HMI 資產 (如影像、音訊、影片、字型資料等)，以便將這些資產結合至 EVE 相容的格式中。

EVE 生態系統 (及其晶片與支援工具鏈) 提供的方法能創造出多種生動活潑的觸控功能 HMI，帶來更令人滿意的使用體驗。除此之外，更不需要昂貴的應用處理器 IC 就能辦到。如今，此技術的應用在越來越多產業領域中獲得認可，包括在汽車領域中逐漸普及。