身處智能時代，我們每天都會和HMI打交道。HMI作為人與機器之間傳遞和交換信息的媒介和對話接口，一般嵌入在機器上，然后使用者通過HMI來控制和監(jiān)視機器的運作。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在很多應用場景下展示出更加智能和友好的交互，可以實現(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)備進行通信，例如在家居安防應用里，HMI與低于1 GHz的私有網(wǎng)絡(luò)以及2.4 GHz通用標準網(wǎng)絡(luò)（BLE、Wi-Fi）進行無線通信；而在工業(yè)場景里，現(xiàn)場設(shè)備和傳感器以及新興的實時工業(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)。

還有一點則是我們老生常談的話題——功耗。在單個芯片上實現(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，實現(xiàn)更高效的設(shè)計同樣并不容易。

HMI微處理器如何兼顧AI、性能和功耗？

HMI應用的微處理器會經(jīng)過上電測試來模擬關(guān)鍵應用的全天候運行，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應用的處理器一般會采用具有多個工業(yè)外設(shè)的低功耗設(shè)計，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 系列應用處理器具有可擴展的Arm Cortex-A53性能和嵌入式功能。嵌入式系統(tǒng)無疑推動了單個SoC更高水平的集成，但高水平的集成導致更高的功耗，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在嵌入目標系統(tǒng)前就已經(jīng)根據(jù)不同程序進行了定義、架構(gòu)和設(shè)計，為SoC配置正確的操作設(shè)置以獲得更好的性能和功率。

就單個處理器來說，AM62x系列低功耗設(shè)計比上一代低30%以上的內(nèi)核電壓，能降低50%以上的系統(tǒng)功耗并實現(xiàn)更高的性能。應用在高級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)動的實時處理域通過Cortex-A內(nèi)核卸載任務、優(yōu)化系統(tǒng)級任務功耗，由此來進一步降低整體功耗。NXP i.MX 8應用處理器一直是NXP EdgeVerse邊緣計算平臺的一部分，在邊緣AI開發(fā)上同樣能節(jié)省大量時間。

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，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)復雜和類似現(xiàn)實的屏幕的能力、對用戶輸入的快速響應時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器和控制系統(tǒng)之間進行通信。

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的人機交互方式正在發(fā)生巨大的改變。