目前大部分電子產(chǎn)品在用戶體驗升級方面通常從交互方式入手，而通常的思路就是將傳統(tǒng)按鍵交互來使用GUI來替代。工程師面臨著一個設(shè)計難題：MCU在圖形處理方面相比SoC有著很大的短板，而在某些計算和圖形處理方面不是很強的應用(以前使用MCU即可實現(xiàn)的)中，使用SoC跑Linux來實現(xiàn)顯得有些過剩，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用(例如TOUGHGFX)實現(xiàn)的話，效率和處理器的壓力也都是問題。

Microchip即瞄準了這一市場空缺，推出了業(yè)內(nèi)首個內(nèi)建GPU的MCU系列——PIC32MZ DA。近日在北京召開的發(fā)布會上，Microchip的32位單片機產(chǎn)品部資深產(chǎn)品營銷經(jīng)理Bill Hutchings對其進行了全面的解讀。

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)，這個架構(gòu)對標的是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。如本文開頭所言，PIC32MZ DA的目標應用是智能電表、門禁、白電、工業(yè)HMI和商用電器等。而要將以前單獨一顆MPU才能實現(xiàn)的圖形處理能力塞進一個MCU里面絕不是那么簡單的，據(jù)Bill介紹，主要有四個方面的工作來實現(xiàn)：

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

· 內(nèi)部集成一個完全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)計器

下面我們來一一介紹。

集成三層圖形GLCD控制器

硬件方面先來說GLCD，該圖形LCD控制器(GLCD)內(nèi)部集成了模擬單元，通過顯示屏的接口可以直接對上面的每個單獨像素進行控制，像素時鐘高達50MHz;此外還可以將顯示數(shù)據(jù)在內(nèi)存和顯示屏之間進行傳輸。因此工程師可以輕松實現(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也可以減輕MCU內(nèi)計算單元的壓力。

特別要提及的是業(yè)界領(lǐng)先的三個獨立構(gòu)圖層的特性，這得益于GLCD內(nèi)部的三個時序?qū)拥脑O(shè)計。如下圖所示，每個時序?qū)佣伎梢詥为氝M行α混合、步長和間距的參數(shù)配置。

這在GUI設(shè)計上有什么好處呢?Bill在現(xiàn)場給記者展示了一個咖啡機的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;通過三層GLCD控制器，就可以輕松對其實現(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)對其目標應用而言非常的足夠。

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)域復制到屏幕上不同位置，繪制文本以及對屏幕上現(xiàn)有圖形數(shù)據(jù)進行編解碼。一旦GPU啟動，硬件將通過DMA來進行渲染，因此亦可減輕CPU的工作負載。

內(nèi)置32M或外拓128M DDR2

在圖形應用中，MCU的內(nèi)部存儲有時候會成為這個木桶短板。據(jù)Bill介紹，目前典型MCU的內(nèi)存為500KB左右，而目前典型圖形應用的需求大概是3M~15M+。因此要在MCU中實現(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。集成DDR2的好處自然不必多說，從讀取速率、容量、系統(tǒng)設(shè)計等方面均可帶來有效改觀。

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

下圖為一個PIC32MZ DA的圖形應用示例圖，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，才能實現(xiàn)PIC32MZ DA的完整的圖形處理功能。

MPLAB Harmony圖形設(shè)計器

硬件的開發(fā)離不開軟件環(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讓很多工程師愛不起來。而此次配合全新的PIC32MZ DA系列，Microchip重點介紹了其MPLAB Harmony圖形設(shè)計器，先說結(jié)論，在筆者看來在GUI設(shè)計方面確實非常的好用。

MPLAB Harmony圖形設(shè)計器包含顯示屏管理器、屏幕設(shè)計器、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)，所見即所得。

Bill介紹到：設(shè)計者僅需數(shù)分鐘即可生成針對任何供應商的顯示屏驅(qū)動程序。筆者理解的是僅僅需要簡單的換標和按鍵的個性化配置，就可以實現(xiàn)一個產(chǎn)品GUI設(shè)計。如此看來確實是十分快捷，而且因為其支持任何顯示器，也方便了工程師的設(shè)計，在做同一品牌不同產(chǎn)品GUI設(shè)計時，可以十分快速地代碼移植。

究竟Harmony是否如此強大，還是需要工程師自己去切身體驗。

此外在開發(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，同時還提供了帶有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開發(fā)。

據(jù)Bill介紹：“PIC32MZ DA的一萬片的起售價格為7.7美元。這是一款升級型的產(chǎn)品，已有的客戶基于新產(chǎn)品非常強大的圖形處理和開發(fā)的功能，可以更好地幫助實現(xiàn)更復雜的設(shè)計需求。因此我們相信會PIC32MZ DA能夠受到市場的歡迎。”

PIC32MZ DA的集成DDR2、內(nèi)建GPU的這些特性確實令人十分興奮，在軟件環(huán)境方面的改觀也十分明顯，不過價格方面依舊很Microchip。把陣線拉開，僅僅從終端產(chǎn)品表現(xiàn)上來進行對比：舉個例子來說，A20已經(jīng)是一顆老芯了，搞個GUI特效毫無壓力，而且價格低廉。所以筆者認為PIC32MZ DA應該會在工控、軍工等對可靠性要求高的應用市場占據(jù)優(yōu)勢，抑或是如Bill所言的那種已經(jīng)對PIC黏度很高的忠實客戶群。