目前大部分電子產(chǎn)品在用戶體驗(yàn)升級(jí)方面通常從交互方式入手，而通常的思路就是將傳統(tǒng)按鍵交互來(lái)使用GUI來(lái)替代。工程師面臨著一個(gè)設(shè)計(jì)難題：MCU在圖形處理方面相比SoC有著很大的短板，而在某些計(jì)算和圖形處理方面不是很強(qiáng)的應(yīng)用(以前使用MCU即可實(shí)現(xiàn)的)中，使用SoC跑Linux來(lái)實(shí)現(xiàn)顯得有些過(guò)剩，在功耗和效率方面也并不能如人所愿；如果用純軟件圖形應(yīng)用(例如TOUGHGFX)實(shí)現(xiàn)的話，效率和處理器的壓力也都是問(wèn)題。

Microchip即瞄準(zhǔn)了這一市場(chǎng)空缺，推出了業(yè)內(nèi)首個(gè)內(nèi)建GPU的MCU系列——PIC32MZ DA。近日在北京召開(kāi)的發(fā)布會(huì)上，Microchip的32位單片機(jī)產(chǎn)品部資深產(chǎn)品營(yíng)銷經(jīng)理Bill Hutchings對(duì)其進(jìn)行了全面的解讀。

如何給MCU加上圖形處理能力?

PIC32MZ DA采用90nm工藝，延續(xù)了PIC32MZ家族microAptiv的架構(gòu)，這個(gè)架構(gòu)對(duì)標(biāo)的是ARM的Cortex-M，因此的的確確是一款MCU產(chǎn)品，而非某些廠家的宣傳噱頭。如本文開(kāi)頭所言，PIC32MZ DA的目標(biāo)應(yīng)用是智能電表、門禁、白電、工業(yè)HMI和商用電器等。而要將以前單獨(dú)一顆MPU才能實(shí)現(xiàn)的圖形處理能力塞進(jìn)一個(gè)MCU里面絕不是那么簡(jiǎn)單的，據(jù)Bill介紹，主要有四個(gè)方面的工作來(lái)實(shí)現(xiàn)：

· 內(nèi)部集成一個(gè)能夠驅(qū)動(dòng)24位彩色SVGA顯示屏的三層的圖形控制器

· 內(nèi)部集成一個(gè)完全2D圖形處理單元

· 內(nèi)部集成32MB DDR2或外拓128MDDR2

· MPLAB Harmony專用圖形設(shè)計(jì)器

下面我們來(lái)一一介紹。

集成三層圖形GLCD控制器

硬件方面先來(lái)說(shuō)GLCD，該圖形LCD控制器(GLCD)內(nèi)部集成了模擬單元，通過(guò)顯示屏的接口可以直接對(duì)上面的每個(gè)單獨(dú)像素進(jìn)行控制，像素時(shí)鐘高達(dá)50MHz;此外還可以將顯示數(shù)據(jù)在內(nèi)存和顯示屏之間進(jìn)行傳輸。因此工程師可以輕松實(shí)現(xiàn)圖形裁剪、旋轉(zhuǎn)和透明化的功能，這樣既減少了工程師的工作量同時(shí)也可以減輕MCU內(nèi)計(jì)算單元的壓力。

特別要提及的是業(yè)界領(lǐng)先的三個(gè)獨(dú)立構(gòu)圖層的特性，這得益于GLCD內(nèi)部的三個(gè)時(shí)序?qū)拥脑O(shè)計(jì)。如下圖所示，每個(gè)時(shí)序?qū)佣伎梢詥为?dú)進(jìn)行α混合、步長(zhǎng)和間距的參數(shù)配置。

這在GUI設(shè)計(jì)上有什么好處呢?Bill在現(xiàn)場(chǎng)給記者展示了一個(gè)咖啡機(jī)的demo，在此demo中GUI分為背景、左菜單區(qū)和右按鍵區(qū)，這些區(qū)塊分屬不同圖形層;通過(guò)三層GLCD控制器，就可以輕松對(duì)其實(shí)現(xiàn)配置。

完全的2D GPU

首先需要明確的是，這里集成的是一個(gè)2D的GPU，PIC32MZ DA并不是要給你去做GameBox的，因此2D GPU+microActiy的架構(gòu)對(duì)其目標(biāo)應(yīng)用而言非常的足夠。

該GPU可以控制和修改系統(tǒng)RAM或DDR2中的幀緩存內(nèi)容，從而加速和優(yōu)化最終顯示屏上的像素顯示效果。此外GPU還可以加速垂直線和水平線的渲染，將矩形區(qū)域復(fù)制到屏幕上不同位置，繪制文本以及對(duì)屏幕上現(xiàn)有圖形數(shù)據(jù)進(jìn)行編解碼。一旦GPU啟動(dòng)，硬件將通過(guò)DMA來(lái)進(jìn)行渲染，因此亦可減輕CPU的工作負(fù)載。

內(nèi)置32M或外拓128M DDR2

在圖形應(yīng)用中，MCU的內(nèi)部存儲(chǔ)有時(shí)候會(huì)成為這個(gè)木桶短板。據(jù)Bill介紹，目前典型MCU的內(nèi)存為500KB左右，而目前典型圖形應(yīng)用的需求大概是3M~15M+。因此要在MCU中實(shí)現(xiàn)GPU的功能，拓展內(nèi)存是必須的。PIC32MZ DA是業(yè)內(nèi)集成了DDR2的微控制器，支持內(nèi)置32M或者外拓128M的DDR2存儲(chǔ)。集成DDR2的好處自然不必多說(shuō)，從讀取速率、容量、系統(tǒng)設(shè)計(jì)等方面均可帶來(lái)有效改觀。

PIC32MZ DA將DDR2內(nèi)存集成到MCU里面確實(shí)是令人贊嘆，而筆者要指明的一點(diǎn)是，在PIC32MZ DA家族中，要么選擇內(nèi)置DDR2，要么選擇外拓DDR2，并沒(méi)有兩者共存的產(chǎn)品型號(hào)，這點(diǎn)需要設(shè)計(jì)者注意。不過(guò)Bill指出：PIC32MZ DA的內(nèi)部還有2MB的閃存，因此應(yīng)該可以滿足用戶需求。

下圖為一個(gè)PIC32MZ DA的圖形應(yīng)用示例圖，可以看到GLCD、GPU和DDR三者之間的工作關(guān)系。正是暨由此三者硬件的協(xié)作，才能實(shí)現(xiàn)PIC32MZ DA的完整的圖形處理功能。

MPLAB Harmony圖形設(shè)計(jì)器

硬件的開(kāi)發(fā)離不開(kāi)軟件環(huán)境的支持，Microchip的編譯器等軟件工具一直為人所詬病，PIC的產(chǎn)品也因此一直難以實(shí)現(xiàn)如嘗所愿的鋪張。相比ARM大一統(tǒng)的欣欣生態(tài)，Microchip自家的MPLAB X讓很多工程師愛(ài)不起來(lái)。而此次配合全新的PIC32MZ DA系列，Microchip重點(diǎn)介紹了其MPLAB Harmony圖形設(shè)計(jì)器，先說(shuō)結(jié)論，在筆者看來(lái)在GUI設(shè)計(jì)方面確實(shí)非常的好用。

MPLAB Harmony圖形設(shè)計(jì)器包含顯示屏管理器、屏幕設(shè)計(jì)器、事件管理器、圖像和字體資產(chǎn)管理器、字符串資產(chǎn)管理器。功能上可以生成定制的顯示屏驅(qū)動(dòng)程序;支持任何顯示屏和顯示方向;可以直觀地在編輯窗口審查自己的繪制屏幕(WYSWIG)，所見(jiàn)即所得。

Bill介紹到：設(shè)計(jì)者僅需數(shù)分鐘即可生成針對(duì)任何供應(yīng)商的顯示屏驅(qū)動(dòng)程序。筆者理解的是僅僅需要簡(jiǎn)單的換標(biāo)和按鍵的個(gè)性化配置，就可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)產(chǎn)品GUI設(shè)計(jì)。如此看來(lái)確實(shí)是十分快捷，而且因?yàn)槠渲С秩魏物@示器，也方便了工程師的設(shè)計(jì)，在做同一品牌不同產(chǎn)品GUI設(shè)計(jì)時(shí)，可以十分快速地代碼移植。

究竟Harmony是否如此強(qiáng)大，還是需要工程師自己去切身體驗(yàn)。

此外在開(kāi)發(fā)工具方面，Mcirochip提供了兩塊底板，主控分別是搭載了內(nèi)置DDR2和外拓DDR2的不同型號(hào)，同時(shí)還提供了帶有maXTouch觸摸屏控制器的MEB II拓展板，可以配合底板完成完整的demo開(kāi)發(fā)。

據(jù)Bill介紹：“PIC32MZ DA的一萬(wàn)片的起售價(jià)格為7.7美元。這是一款升級(jí)型的產(chǎn)品，已有的客戶基于新產(chǎn)品非常強(qiáng)大的圖形處理和開(kāi)發(fā)的功能，可以更好地幫助實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的設(shè)計(jì)需求。因此我們相信會(huì)PIC32MZ DA能夠受到市場(chǎng)的歡迎。”

PIC32MZ DA的集成DDR2、內(nèi)建GPU的這些特性確實(shí)令人十分興奮，在軟件環(huán)境方面的改觀也十分明顯，不過(guò)價(jià)格方面依舊很Microchip。把陣線拉開(kāi)，僅僅從終端產(chǎn)品表現(xiàn)上來(lái)進(jìn)行對(duì)比：舉個(gè)例子來(lái)說(shuō)，A20已經(jīng)是一顆老芯了，搞個(gè)GUI特效毫無(wú)壓力，而且價(jià)格低廉。所以筆者認(rèn)為PIC32MZ DA應(yīng)該會(huì)在工控、軍工等對(duì)可靠性要求高的應(yīng)用市場(chǎng)占據(jù)優(yōu)勢(shì)，抑或是如Bill所言的那種已經(jīng)對(duì)PIC黏度很高的忠實(shí)客戶群。