身處智能時(shí)代，我們每天都會和HMI打交道。HMI作為人與機(jī)器之間傳遞和交換信息的媒介和對話接口，一般嵌入在機(jī)器上，然后使用者通過HMI來控制和監(jiān)視機(jī)器的運(yùn)作。在HMI的硬件上，有許多模塊，包括處理器、顯示單元、輸入單元、通信接口以及數(shù)據(jù)存儲單元。其中，處理器的性能很大程度上決定了HMI整體的性能。

HMI處理器挑戰(zhàn)

現(xiàn)在可以看到的，除了數(shù)據(jù)收集、控制和顯示等傳統(tǒng)的功能之外，飛速發(fā)展的HMI在很多應(yīng)用場景下展示出更加智能和友好的交互，可以實(shí)現(xiàn)例如手勢識別、面部識別等更高級的交互行為。這無疑對處理器的處理性能提出了更高的要求。這種更智能的功能依賴于邊緣人工智能，需要考慮邊緣AI應(yīng)用開發(fā)的工作量以及處理器的性能。

另一方面，HMI需要與其他設(shè)備進(jìn)行通信，例如在家居安防應(yīng)用里，HMI與低于1 GHz的私有網(wǎng)絡(luò)以及2.4 GHz通用標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)（BLE、Wi-Fi）進(jìn)行無線通信；而在工業(yè)場景里，現(xiàn)場設(shè)備和傳感器以及新興的實(shí)時(shí)工業(yè)通信協(xié)議數(shù)量也在不斷增加，而且此類通信還需要極低的延遲。這種通信協(xié)議的增加給HMI也帶了不少挑戰(zhàn)。

還有一點(diǎn)則是我們老生常談的話題——功耗。在單個(gè)芯片上實(shí)現(xiàn)各類外設(shè)的高度集成肯定會影響器件功耗，尤其是在邊緣AI功能完全啟用的情況下，如何在性能和功耗上取得平衡，實(shí)現(xiàn)更高效的設(shè)計(jì)同樣并不容易。

HMI微處理器如何兼顧AI、性能和功耗？

HMI應(yīng)用的微處理器會經(jīng)過上電測試來模擬關(guān)鍵應(yīng)用的全天候運(yùn)行，確保器件的精度、性能和功耗。在HMI智能化發(fā)展需求與日俱增的現(xiàn)在，HMI處理器會與微控制器和接口外設(shè)相結(jié)合，符合使用場景溫度等級要求和噪聲環(huán)境彈性要求。


現(xiàn)在HMI應(yīng)用的處理器一般會采用具有多個(gè)工業(yè)外設(shè)的低功耗設(shè)計(jì)，TI最近發(fā)布的Sitara AM62x系列處理器就添加了高能效邊緣AI 處理功能。AM62x 系列應(yīng)用處理器具有可擴(kuò)展的Arm Cortex-A53性能和嵌入式功能。嵌入式系統(tǒng)無疑推動了單個(gè)SoC更高水平的集成，但高水平的集成導(dǎo)致更高的功耗，增加熱系統(tǒng)成本，降低性能和降低電池壽命。為了克服這一弊端，SoC在嵌入目標(biāo)系統(tǒng)前就已經(jīng)根據(jù)不同程序進(jìn)行了定義、架構(gòu)和設(shè)計(jì)，為SoC配置正確的操作設(shè)置以獲得更好的性能和功率。

就單個(gè)處理器來說，AM62x系列低功耗設(shè)計(jì)比上一代低30%以上的內(nèi)核電壓，能降低50%以上的系統(tǒng)功耗并實(shí)現(xiàn)更高的性能。應(yīng)用在高級HMI中的NXP i.MX 8M Nano同樣看重低功耗下的高性能處理，i.MX 8M Nano由Cortex-M7內(nèi)核驅(qū)動的實(shí)時(shí)處理域通過Cortex-A內(nèi)核卸載任務(wù)、優(yōu)化系統(tǒng)級任務(wù)功耗，由此來進(jìn)一步降低整體功耗。NXP i.MX 8應(yīng)用處理器一直是NXP EdgeVerse邊緣計(jì)算平臺的一部分，在邊緣AI開發(fā)上同樣能節(jié)省大量時(shí)間。

在超高性能內(nèi)核以及功耗優(yōu)化的加持下，HMI處理器還有一個(gè)要考慮的地方，就是多連接。片上資源諸如UART、SPI和 I2C，這些可為常見的工業(yè)傳感器或控制器提供各種連接選項(xiàng)，是HMI處理器必需的。像AM62x系列還會提供雙以太網(wǎng)支持，并可提供由第三方生態(tài)支持的 EtherCAT主站功能；i.MX 8系列也有大量外圍設(shè)備支持系統(tǒng)級連接，例如USB、MMC/SD、攝像頭接口、OSPI、CAN-FD和GPMC。

HMI與處理器共同發(fā)展

HMI系統(tǒng)的可用性取決于其處理能力、呈現(xiàn)復(fù)雜和類似現(xiàn)實(shí)的屏幕的能力、對用戶輸入的快速響應(yīng)時(shí)間以及其處理不同級別的操作員交互的靈活性。HMI需要動態(tài)改變圖形，這反過來又需要一個(gè)高性能的解決方案可以支持不同分辨率和顯示器的高刷新率。它們還必須支持多種連接和通信協(xié)議，以便在操作員與許多機(jī)器和控制系統(tǒng)之間進(jìn)行通信。

在處理器往高性能、高集成以及低功耗發(fā)展的路上，HMI設(shè)計(jì)出現(xiàn)了更多的可能，隨著AI和語音識別、手勢識別等更多功能的加入，HMI的人機(jī)交互方式正在發(fā)生巨大的改變。