過去，人機(jī)界面 (HMI) 包括一個(gè)物理控制面板，用戶可通過其中的按鈕、開關(guān)和指示燈與機(jī)器進(jìn)行交流。隨著技術(shù)的進(jìn)步，用戶能夠監(jiān)控過程、查看狀態(tài)信息顯示和發(fā)送命令。如今，HMI 應(yīng)用隨處可見，包括用于控制電視的智能手機(jī)應(yīng)用程序、在車內(nèi)發(fā)出語音命令、醫(yī)院內(nèi)的患者監(jiān)護(hù)或智能工廠里的觸摸屏控制面板。

在日常生活中，我們不斷發(fā)現(xiàn)與機(jī)器相關(guān)的接觸點(diǎn)越來越多。那么，HMI 的未來如何？除了數(shù)據(jù)收集、控制和顯示外，新一代 HMI 將拋開傳統(tǒng)的人機(jī)界面，在各種應(yīng)用中提供人機(jī)交互，使機(jī)器可以智能地作業(yè)并與人類交流。例如，通過無接觸交互、物體和手勢(shì)檢測(cè)以及面部識(shí)別來進(jìn)入樓宇。

步入人機(jī)交互的新世界，將需要交互式的智能應(yīng)用，同時(shí)，用于支持實(shí)現(xiàn) HMI 的處理器也面臨一系列新的挑戰(zhàn)。下面，我們來詳細(xì)了解下一代 HMI 的三個(gè)考慮因素。

第一個(gè)因素：采用邊緣AI實(shí)現(xiàn)新功能

新一代 HMI 設(shè)計(jì)將依賴于邊緣人工智能 (AI) 來實(shí)現(xiàn)新功能。例如，機(jī)器視覺可通過面部識(shí)別來實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器的受控訪問或通過手勢(shì)識(shí)別來實(shí)現(xiàn)無接觸操作，如圖 1 所示。此外，向 HMI 設(shè)計(jì)中添加邊緣 AI 功能（如機(jī)器視覺），可以對(duì)當(dāng)前系統(tǒng)狀態(tài)和預(yù)測(cè)性維護(hù)進(jìn)行更準(zhǔn)確的分析。創(chuàng)建全新的 HMI 應(yīng)用時(shí)，需要考慮邊緣 AI 應(yīng)用開發(fā)的工作量以及處理器的功能。

與智能 HMI 系統(tǒng)進(jìn)行交互

第二個(gè)因素：平衡性能和功耗

在單個(gè)芯片上高度集成會(huì)影響器件功耗，尤其是在邊緣 AI 功能完全啟用的情況下更是如此。小型設(shè)計(jì)通常需要小巧的外形，特別是在惡劣環(huán)境中，這會(huì)使得最終產(chǎn)品的功耗設(shè)計(jì)更為復(fù)雜。設(shè)計(jì)人員必須克服挑戰(zhàn)，在既考慮熱限制又不增加整體系統(tǒng)成本的情況下，創(chuàng)建高功效的設(shè)計(jì)。低功耗設(shè)計(jì)應(yīng)包括超低功耗和多個(gè)低功耗模式，以便延長(zhǎng)產(chǎn)品壽命。

第三個(gè)因素：集成智能連接和差異化顯示支持

不斷增加的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和傳感器以及新興的實(shí)時(shí)工業(yè)通信協(xié)議，給新的 HMI 應(yīng)用帶來了挑戰(zhàn)。例如，智能工廠環(huán)境中的 HMI 需要與其他設(shè)備和機(jī)器進(jìn)行通信，這意味著HMI 設(shè)計(jì)需要具備連接和控制功能。顯示不僅是設(shè)計(jì) HMI 的另一考慮因素，還能提供獨(dú)特的功能和增強(qiáng)人機(jī)交流的方法。

隨著 HMI 不斷發(fā)展，支撐此類應(yīng)用的處理器技術(shù)必須能夠滿足發(fā)展要求。TI 的 Sitara? AM62 處理器系列中的首批設(shè)備，包括 AM623、AM625 和 AM625SIP 處理器,采用具有多個(gè)工業(yè)外設(shè)的低功耗設(shè)計(jì)，在考慮下一代 HMI 設(shè)計(jì)因素的前提下，向雙顯示和小尺寸應(yīng)用添加了高能效邊緣 AI 處理功能。

AM625SIP 是 AM6254 處理器的系統(tǒng)級(jí)封裝 (SIP) 版本，并添加了一個(gè)集成式 512MB LPDDR4 SDRAM。該器件可直接解決工程師在設(shè)計(jì)處理器時(shí)面臨的硬件、軟件、功耗以及許多其他挑戰(zhàn)。SIP 處理器還具有其他優(yōu)勢(shì)，例如簡(jiǎn)化硬件設(shè)計(jì)、優(yōu)化大小/系統(tǒng)物料清單成本以及減少在芯片上布置 LPDDR4 所需的工程工作量。

此外，AM62P 處理器還通過集成的四核 Arm Cortex-A53、更強(qiáng)大的圖形處理單元 (GPU) 和 32 位 LPDDR4 增強(qiáng)了 HMI 應(yīng)用的性能。增加的內(nèi)存帶寬可顯著降低延遲，使視覺轉(zhuǎn)換更流暢，并且在處理器上實(shí)現(xiàn)了卓越的多任務(wù)功能，從而實(shí)現(xiàn)對(duì) HMI 應(yīng)用至關(guān)重要的即時(shí)響應(yīng)。此外，AM62P 的關(guān)鍵在于其增強(qiáng)的 GPU 和視頻編解碼器，能夠以高保真度渲染復(fù)雜的 3D 圖形、效果和視頻流。

AM62X 系列處理器包括：通過可擴(kuò)展的單核至四核 Arm Cortex-A53（高達(dá) 1.4GHz）平臺(tái)和支持 TensorFlow 的主線 Linux，AM623、AM625、AM625SIP 和 AM62P 可促進(jìn)邊緣 AI 功能的實(shí)現(xiàn)。另外，片上資源（包括通用異步接收器/發(fā)送器、串行外設(shè)接口和 I2C）支持常見工業(yè)傳感器或控制器的各種連接選項(xiàng)，從而進(jìn)一步簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)。

AM623 和 AM625 的優(yōu)化型電源設(shè)計(jì)支持核心功耗低至 7mW 的多種功耗模式，可實(shí)現(xiàn)便攜式的電池供電設(shè)計(jì)。AM62P 還通過其專用視頻硬件加速器優(yōu)化了電源設(shè)計(jì)，提高了功耗效率，因?yàn)樗鼫p輕了 CPU 的視頻處理負(fù)擔(dān)。簡(jiǎn)化的硬件設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)具有緊湊尺寸和成本效益的系統(tǒng)解決方案。

AM623、AM625 和 AM625SIP 處理器支持各種顯示接口，包括具有成本效益的 RGB888 接口，以及支持 2K 和全高清顯示的低壓差分信號(hào)接口。AM62P 還包括 DSI，并支持最多三個(gè)顯示器，從而增加了顯示接口列表。多顯示功能可實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)靈活性和創(chuàng)新。

結(jié)語

未來的 HMI 會(huì)為各種環(huán)境和應(yīng)用中的人機(jī)交流注入更多智能和創(chuàng)新元素：比如，手術(shù)室里的專業(yè)醫(yī)療人員通過聲音而非觸控屏幕即可與患者監(jiān)護(hù)系統(tǒng)交互，從而保持無菌環(huán)境；或者，在嘈雜的工廠環(huán)境中，工人僅通過一個(gè)手勢(shì)即可操作控制面板。

審核編輯 黃宇