傳統上，工業應用包括模擬按鈕、開關和撥號，以與用戶進行交互。如你所知，時代在變，工業應用用戶現在需要豐富的圖形用戶界面 (GUI)。許多接口建立在嵌入式系統之上，這些系統非常強大，但它們仍然是資源受限的系統。在嵌入式開發中，它們可能在處理能力、內存或電池壽命方面受到資源限制。
在今天的文章中，我們將探討一些在工業應用中優化 GUI 的技巧。
技巧1：直接從 flash 中繪制圖像
GUI 圖像通常以 PNG 格式存儲在閃存中。 PNG 文件格式是一種壓縮圖像格式，旨在節省空間。這聽起來不錯，但如果圖像被壓縮，這意味著處理器需要解壓縮圖像才能將其寫入幀緩沖區。解壓縮圖像不僅需要內部 RAM，而且還會浪費潛在的寶貴時鐘周期來解壓縮圖像。
開發人員可以利用的優化是解壓縮他們的 PNG 并將它們以 TGA 格式存儲在閃存中。此格式是一種未壓縮的文件格式，支持 8、16、24 或 32 位/像素，帶有 8 位 Alpha 通道。雖然每個圖像都會比 PNG 大，但它可以直接從閃存寫入幀緩沖區，而無需浪費 CPU 周期和 RAM 進行解壓縮。值得慶幸的是，閃存通常非常便宜，而且許多系統設計人員無論如何都會加大它們的尺寸，因此這種優化不僅會提高系統性能，而且對系統成本的影響也應該很小。
技巧2：優化圖像存儲格式
有幾種不同的圖像格式可用于與顯示器交互，但它們的創建方式并不相同，并且具有各種優點和缺點。例如，RGB888 格式為嵌入式開發人員提供了每像素 24 位的顏色深度，這意味著每個紅色、綠色和藍色顏色控制使用 8 位。雖然這確實提供了豐富的色彩，但除了更復雜的硬件和利用要求之外，存儲圖像可能需要額外的存儲空間。
工業應用的一個很好的權衡是改用 RGB565 格式。 RGB565 格式為開發人員提供了每像素 16 位的顏色深度，其中 5 位用于表示紅色，6 位用于表示綠色，5 位用于表示藍色。顯然，顏色保真度不會像 RGB888 格式那樣豐富，因為我們使用的是 16 位而不是 24 位表示。為了恢復由于可用位較少而丟失的一些顏色保真度，我們可以在圖像中添加抖動。結果是一個漂亮的圖像，節省了存儲和計算能力。
技巧3：仔細優化動畫
一般來說，動畫可以在修飾 GUI 方面發揮很大作用。無論是創建精美的閃屏還是在屏幕上顯示實時數據。動畫的問題在于它們通常使用大量的處理能力。在播放動畫時，CPU 利用率長時間飆升至 100% 的情況并不少見。這可能是不可取的，特別是如果有其他實時活動正在進行。值得慶幸的是，可以使用一些很棒的優化。
首先，限制動畫空間的大小。動畫只占屏幕的一小部分是很常見的。但是，嵌入式開發人員經常一遍又一遍地重寫整個屏幕。開發人員可以縮小它們的大小，使其不使用整個屏幕。通過這樣做，他們可以只更新屏幕的一小部分。這會導致圖像存儲大小、使用的內存以及處理動畫所需的時鐘周期減少。
另一個建議是使用快速 RAM 來優化像素寫入。大多數基于微控制器的系統都有一定數量的快速、零等待 RAM，甚至是設計用于與圖形加速器和幀緩沖區一起使用的 RAM。使用此 RAM 可以最大限度地減少執行周期，并在屏幕動畫時將 CPU 負載保持在 100% 以下。
技巧4：利用 DMA
嵌入式開發人員經常忽略的另一種簡單技術是利用微控制器 (MCU) 直接存儲器訪問 (DMA) 控制器。DMA 控制器由多個通道組成，可用于執行以下類型的內存傳輸：
外設到 RAM
RAM 到外圍設備
內存到內存
這對于在沒有 CPU 干預的情況下在應用程序中移動大量數據非常有用!這意味著可以在 CPU 忙于處理模數轉換時在后臺更新幀緩沖區。
一些 MCU 還可以執行以下類型的 DMA 傳輸：
閃存到 RAM
閃存到外設
這對于直接從閃存中讀取圖像并將它們推送到幀緩沖區非常有用。基于閃存的 DMA 通道往往不太常見，盡管它們正在尋找進入高性能 MCU 的途徑。
技巧5：預渲染字體
GUI 顯示文本是很常見的，而文本又使用某種字體。開發人員可以通過預渲染字體再次以更少的 CPU 周期換取存儲空間，從而提高他們的圖形系統效率。當字體已經被渲染時，它們可以直接寫入屏幕。如果它們沒有被渲染，那么這意味著 CPU 必須使用一些周期和時間來渲染字體，然后才能將它們推入幀緩沖區。
工業應用越來越多地利用 GUI 為客戶和用戶提供直觀且易于使用的界面。雖然工業 GUI 設計人員起初可能對利用基于嵌入式系統的解決方案猶豫不決，但我們在今天的帖子中看到，有許多優化技術可用于顯著簡化和優化這些應用程序。這些技術包括調整圖像格式、圖像存儲方式以及減少 CPU 周期。歸根結底，嵌入式開發人員需要仔細檢查顯示系統中的每個鏈接，并確定可以采取哪些措施來最小化所需的處理能力。