傳統(tǒng)上，工業(yè)應用需要模擬按鈕、開關和撥號來與用戶交互。時代在變化，工業(yè)應用程序用戶現(xiàn)在需要豐富的圖形用戶界面(GUI)。在嵌入式開發(fā)中，許多接口都構建在功能強大的嵌入式系統(tǒng)之上，但它們仍然是資源受限的系統(tǒng)，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，我們將研究幾個在工業(yè)應用程序中優(yōu)化GUI的技巧。
技巧1——直接從閃光燈繪制圖像
GUI圖像通常以PNG的形式存儲在閃存中。PNG文件格式是一種壓縮圖像格式，旨在節(jié)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先解壓縮圖像，然后才能將其寫入幀緩沖區(qū)。解壓縮圖像不僅需要內部RAM，還將浪費寶貴的時鐘周期來解壓縮圖像。
嵌入式開發(fā)人員可以利用的優(yōu)化是解壓縮PNG并以TGA格式將其存儲在閃存中。此格式是一種未壓縮的文件格式，支持每像素8、16、24或32位，具有8位alpha通道。雖然每個圖像都將大于PNG，但可以直接從閃存寫入幀緩沖區(qū)，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(tǒng)設計師無論如何都會加大閃存的尺寸，所以這種優(yōu)化不僅會提高系統(tǒng)性能，而且對系統(tǒng)成本的影響也應該是最小的。
技巧2——優(yōu)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，但它們并非都是平等創(chuàng)建的，具有各種優(yōu)缺點。例如，RGB888格式為開發(fā)人員提供了每像素24位的顏色深度，這意味著8位用于每個紅色、綠色和藍色顏色控件。雖然這確實提供了豐富的顏色，但存儲圖像除了需要更復雜的硬件和利用要求外，還需要額外的存儲空間。
工業(yè)應用的一個很好的折衷方案是使用RGB565格式。RGB565格式為嵌入式開發(fā)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位用于代表藍色。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。為了恢復由于可用比特數(shù)較少而丟失的部分色彩保真度，我們可以對圖像添加抖動，結果是一個美觀的圖像，節(jié)省了存儲和計算能力。
技巧3——仔細優(yōu)化動畫
一般來說，動畫可以大大改善GUI。無論是創(chuàng)建一個漂亮的閃屏還是在屏幕上顯示實時數(shù)據(jù)。然而，動畫的問題在于，它們通常需要大量的處理能力。在播放動畫時，CPU使用率在長時間內飆升至100%并不罕見。這可能并不理想，特別是如果有其他實時活動正在進行。幸運的是，有一些很好的優(yōu)化可以使用。
首先，限制動畫空間的大小。動畫通常只占屏幕的一小部分。然而，嵌入式開發(fā)人員經常一遍又一遍地重寫整個屏幕。開發(fā)人員可以縮小尺寸，這樣就不會使用整個屏幕。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、使用的內存和處理動畫所需的時鐘周期減少。
另一個建議是使用快速RAM優(yōu)化像素寫入。大多數(shù)基于微控制器的系統(tǒng)都有一定數(shù)量的快速、零等待RAM，甚至RAM設計用于圖形加速器和幀緩沖區(qū)。使用此RAM可以最小化執(zhí)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(fā)人員經常忽略的另一個簡單技術是利用微控制器(MCU)直接內存訪問(DMA)控制器。DMA控制器由多個通道組成，可用于執(zhí)行以下類型的內存?zhèn)鬏敚?/span>
l 外圍設備到RAM
l RAM到外圍設備
l RAM到RAM
這對于在應用程序中移動大量數(shù)據(jù)而不需要CPU干預非常有用!這意味著當CPU忙于處理模數(shù)轉換時，可以在后臺更新幀緩沖區(qū)。
一些MCU還可以執(zhí)行以下類型的DMA傳輸：
l 閃存至RAM
l 閃存到外圍設備
這對于直接從閃光燈中讀取圖像并將其推送到幀緩沖區(qū)非常有用。基于閃存的DMA頻道往往不太常見，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通常會顯示文本，而文本又使用一些字體。嵌入式開發(fā)人員可以通過預先渲染字體，再次以較少的CPU周期換取存儲空間，從而提高圖形系統(tǒng)的效率。當字體已經呈現(xiàn)后，可以直接寫入屏幕。如果它們還沒有被渲染，那么，這意味著CPU必須使用一些周期和時間來渲染字體，然后才能將其推入幀緩沖區(qū)。
結論
工業(yè)應用程序越來越多地利用GUI為客戶和用戶提供直觀、易于使用的界面。雖然工業(yè)GUI設計師起初可能對利用基于嵌入式系統(tǒng)的解決方案猶豫不決，但有許多優(yōu)化技術可以用來顯著簡化和優(yōu)化這些應用程序。這些技術包括調整圖像格式、如何存儲圖像以及減少CPU周期。最后，嵌入式開發(fā)人員需要仔細檢查顯示系統(tǒng)中的每個鏈接，并確定可以采取什么措施來最小化所需的處理能力。