实现高性价比家电人机接口

图3. 传统的软件开发工作流程
设计团队即使是改变文本位置等很小的细节，都会导致软件工程的变化，有可能出现系统不稳定。对于每一次GUI 修改，不论大小，至少需要完成一个完整的设计、软件工程和测试周期，以确保质量结果，避免出现意想不到的复杂的代码变化。最初版本完成后，对软件很小的改动以推出不同版本都需要进行大量的测试。最终过渡到新的低成本硬件平台意味着软件工程团队需要针对新的软件应用程序接口(API) 来重复整个过程，放弃了在以前产品上的所有工作。结果，他们花费大量的时间来推出后续产品，在很多情况下，无法保证GUI 外观和样式的连续性，甚至丢掉了这一特性。
虽然很难彻底消除开发过程的低效问题，但是，现在可以使用工具和全包技术解决方案来缩短重复性的开发周期，在嵌入式系统设计中实现更好的图形性能，得到不会过时的设计，并且很容易在硬件系列之间移植这些设计。

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GUI 开发方法
有很多方法实现GUI 开发。手写代码是开发图形应用程序最常用的方法，也是成本最高的方法。它需要较长的开发时间，很小的GUI 变化都非常繁琐，针对每一器件实现都需要从头开始重新编写代码。第二种方法是代码发生器工具，它提供使用方便的接口来构建GUI，定义行为，但是，它产生通用代码，需要进行很多硬件修改才能使其运行。第三种方法使用二级脚本语言以及解释引擎来处理运行时脚本，需要大量的平台资源，很容易出现严重的性能问题和错误。
第四种方法称为二进制GUI 方法，它结合了专业GUI 构建工具，一套强大的软件API，一些手写代码以及高性能嵌入式图形引擎。设计人员利用基于PC 的工具可以开发象素精度很高的GUI，将其输出到一个二进制数据文件。然后，将逐象素设计从设计人员的桌面直接传送给开发人员，不需要进行其他的转换。开发人员然后利用先进的高性能GUI 引擎以及相关的API 来处理并显示存储在二进制数据文件中的图形数据。这一方法不但占用的平台资源少，而且还允许进一步修改生成的GUI，不需要改动代码和逻辑，或者进行很少的改动即可。而且，在模型之间，甚至在不同的硬件设计之间，今后都很容易对应用程序进行修改，重新使用。
“节能意识”应用平台
为帮助生产商熟悉基于FPGA 的 HMI 解决方案在家电应用中的优势， Altera、Echelon 和Altia 面向高质量白色家电市场推出了节能意识应用平台。这一全集成的参考硬件平台包括Altera Nios® 嵌入式评估套件(NEEK)，与其连接的是Echelon 电力线智能收发器板，一个4.3 LCD 触摸屏模块，以及显示套件内部的玻璃背板。
平台的主要构成是带有Altera Nios II 嵌入式软核处理器的Altera Cyclone III FPGA。这些器件控制所有系统软件，包括用于电力线联网的Echelon ShortStack® API，以及用于HMI 和LCD 触摸屏控制的Altia 高性能GUI 引擎和工具等。 含有内置LCD 控制器、触摸屏接口、内部视频流水线以及集成高性能GUI 引擎和工具，
Cyclone III FPGA 帮助系统设计人员避免了使用外部LCD 驱动器和其他图形元件，降低了材料 (BOM) 成本，缩短了产品面市时间。在家电市场上，从机械HMI 过渡到新一代数字LCD 触摸屏HMI 时，这一系统设计方法有明显的优势。
NEEK LCD 控制器
图4 所示为实现NEEK LCD 控制器设计外设和接口的高级结构图。Cyclone III FPGA 的视频流水线、LCD触摸屏模块以及MAX® II CPLD 是NEEK LCD 控制器的主要组成。

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图4. NEEK LCD 控制器子系统
视频流水线
视频流水线负责驱动LCD 模块数据总线上的数据信号，读取Nios II 处理器产生的帧缓冲数据。一组专用Avalon® 流(ST) 外设实现了数据单元在不同宽度总线之间的转换，在这一例子中，是24 位红色、绿色和蓝色(RGB) 象素输入流至8 位象素输出流的转换，分别传送每个RGB 颜色分量。在模块数据总线上，视频同步发生器外设将控制和数据信号进行排序，向LCD 触摸屏模块发送象素数据。