Aportando nuevas dimensiones a la implementación de la HMI sin necesidad de un uso intensivo de recursos

El lanzamiento del iPhone, hace poco más de una década, supuso un cambio radical en varios elementos clave de nuestras vidas cotidianas. Estos teléfonos revolucionarios tuvieron un papel fundamental en la forma en que interactuamos de inmediato con la tecnología, es decir, mediante el uso del tacto. Aunque las pantallas táctiles habían existido durante muchos años antes de esto, fue a través de este producto (y de los de otros fabricantes que pronto siguieron) que finalmente ganarían tracción global. Ahora han revolucionado de forma efectiva la forma en la que funciona toda nuestra sociedad y nos resultaría difícil vivir sin ellos.

Las interfaces hombre-máquina (HMI) convencionales, que solían consistir principalmente en botones mecánicos, perillas e interruptores, más una pantalla LED de 7 segmentos o una unidad de pantalla de matriz de caracteres, han sido reemplazadas por pantallas TFT-LCD a todo color repletas de sonido, video, animación y, por supuesto, funcionalidad táctil. Mientras que las velocidades de procesamiento han mantenido el ritmo en el espacio del procesador de aplicaciones, las unidades del microcontrolador (MCU) que hacen la mayor parte del trabajo pesado en los dispositivos electrónicos comunes simplemente no han visto ningún aumento significativo en su capacidad de computación.

La mayoría de las MCU actuales están alimentadas por el venerable núcleo 8051 o un núcleo de la serie Arm® Cortex®-M y están diseñadas principalmente para tareas de control y detección. No están equipados con unidades de procesamiento gráfico (GPU) como sus primos procesadores de aplicaciones más caros y potentes. Ahí radica la desconexión: al haberse acostumbrado a lo buena que puede ser la interacción táctil, la gente ahora espera encontrar el mismo toque, la misma sensación y la misma respuesta que obtienen de sus teléfonos inteligentes en otros equipos (ya sean de naturaleza minorista, médica o industrial). Sin embargo, las MCU no pueden proporcionar los mismos niveles de experiencia de usuario. Necesitan ayuda.

Si el sistema MCU está encargado de tener que ocuparse de la HMI, entonces parte de su potencia de procesamiento necesitará desviarse de su tarea principal. Por lo tanto, esto afectará el rendimiento global. Además, como las pantallas necesitan ser renderizadas y refrescadas píxel por píxel, se necesita un búfer de fotogramas, así como una gran memoria flash para almacenar todos los datos gráficos. La inclusión de estos componentes ocupa espacio, aumenta el presupuesto de energía y aumenta los costos de los materiales.

A través de su innovador enfoque orientado a objetos, la galardonada serie de las CI de motor de video incrustado (EVE) de Bridgetek se ha dirigido directamente a abordar la brecha tecnológica que ha aparecido en el sector de las HMI. Dentro de cada uno de estos dispositivos hay una GPU potente, un procesador de comandos de pantalla, un decodificador JPEG, un controlador LCD, un procesador de audio y un procesador táctil. Cuando un chip EVE se vincula con cualquier MCU estándar, la experiencia del usuario del sistema puede transformarse en algo similar a la de un teléfono inteligente de última generación.

EVE es capaz de racionalizar los sistemas HMI al tratar todo el contenido de imagen y audio requerido en forma de numerosos objetos constituyentes que tienen características predefinidas (círculos, cuadrados, pitidos, etc.). Esto significa que en lugar de tener que acceder a todos los detalles de los gráficos o sonidos que formarán parte de esa HMI, se le asigna un simple identificador a cada elemento. En consecuencia, esto reduce drásticamente la transferencia de datos, lo que supone una menor carga para la MCU y elimina la necesidad de disponer de un búfer de fotogramas o de una memoria flash de gran tamaño. Cuando se necesitan objetos más complejos, como deslizadores, interruptores, relojes y medidores, todos ellos están disponibles en una amplia biblioteca preprogramada.

Figura 1: Ejemplos de EVE en electrodomésticos y escenarios comerciales (Fuente de la imagen: Bridgetek)

Los chips EVE de tercera generación de la serie BT81X, con su funcionalidad de compresión de textura adaptable y escalable (ASTC), exhiben capacidades potentes de renderizado independientes en modo inmediato. Pueden acomodar resoluciones de pantalla de hasta 1280 x 720 píxeles y tamaños diagonales de panel de hasta 11", además de soportar pantallas táctiles capacitivas con hasta cinco puntos de detección táctil. EVE tiene la capacidad de dar nueva vida al hardware electrónico tradicional al actualizar considerablemente el aspecto de la HMI. Entre las numerosas aplicaciones que se pueden beneficiar de esta tecnología se encuentran las unidades de punto de venta (PoS), los electrodomésticos, los tensiómetros, los medidores de potencia, los decodificadores, los instrumentos científicos, los controles de ascensores, los sistemas de seguridad, los controles industriales, los equipos de navegación GPS, los monitores de frecuencia cardíaca, las máquinas expendedoras y los sistemas domóticos. La Figura 1 muestra ejemplos de dónde se está implementando el EVE (en conexión con una MCU sobre una interfaz SPI) dentro de: a) la HMI de un modelo de lavadora de última generación y b) los estantes inteligentes en una tienda especializada de vinos.

Otra gran oportunidad para despliegues de HMI más sofisticados se encuentra en el sector automovilístico. El EVE ya está logrando una gran aceptación en el mercado en relación con los modelos de vehículos eléctricos (VE) y los accesorios posventa para automóviles. Entre otros lugares, el EVE se puede aplicar a grupos de instrumentos de tableros, consolas de información y entretenimiento, espejos retrovisores laterales y traseros, proyectores de cabeza y consolas de entretenimiento para asientos traseros.

En la actualidad, existe un sinfín de pantallas secundarias, auxiliares de la consola central de información y entretenimiento, que se están diseñando en los vehículos para hacer que los viajes sean más agradables para sus ocupantes y ofrecer un mayor grado de personalización. Estas se pueden utilizar para la navegación, el entretenimiento multimedia y la conectividad. En este contexto, el EVE, cuando sirve como un motor HMI integrado, puede ser vinculado con una MCU de relativamente bajo costo para reemplazar los costosos procesadores de aplicaciones y los subsistemas de memoria flash y DRAM. El resultado es una solución sencilla y compacta a un precio mucho más competitivo.

Figura 2: EVE aplicado a un grupo de instrumentos automovilísticos (Fuente de la imagen: Bridgetek)

La figura 2 muestra cómo la tecnología EVE ya se está utilizando en los grupos de instrumentos automovilísticos y en las unidades de salpicadero. Tener una implementación basada en la pantalla en lugar de una que sea mecánica resulta en una flexibilidad de diseño mucho mayor. El conductor puede cambiar fácilmente entre una sensación moderna o retro, dependiendo de sus preferencias personales. También se puede pasar del modo de conducción estándar a la vista de modo deportivo. También se puede alterar la combinación de colores para reflejar el gusto particular del conductor.

Figura 3: EVE en una aplicación de carga (Fuente de la imagen: Bridgetek)

También hay grandes posibilidades en cuanto al diagnóstico de los vehículos. La figura 3 muestra EVE en un tablero de instrumentos para VE. En este caso, una MCU toma la información de las ECU relevantes para permitir que el EVE renderice los parámetros clave en tiempo real (como la velocidad del vehículo, el rango, la velocidad del motor, el nivel de carga de la batería y la regeneración de energía) en la pantalla, de una forma animada y llamativa a través de su función de reproducción de video.

Figura 4: Ajuste del asiento del automóvil (Fuente de la imagen: Bridgetek)

La figura 4 ilustra una HMI de ajuste del asiento. Aquí el EVE maneja la representación gráfica, el renderizado en la pantalla y la entrada táctil del usuario. Es posible configurar los ajustes preferidos, como la posición del asiento, la posición del respaldo, la altura del respaldo, etc. Estas configuraciones se pueden almacenar en preconfiguraciones, que se pueden utilizar posteriormente cuando sea necesario.

Para ayudar a los ingenieros con los proyectos del EVE, la plataforma cuenta con el apoyo de un paquete de desarrollo completo. Está compuesto por el diseñador de pantalla EVE (ESD), el editor de pantalla EVE (ESE) y el constructor de elementos EVE (EAB). Proporcionando el más alto nivel de abstracción, el ESD presenta a los ingenieros un flujo de trabajo completo que soporta todo el ciclo de desarrollo del EVE. Su uso del paradigma de programación visual facilita la construcción rápida de la HMI. ESE es una aplicación HMI intuitiva dirigida a usuarios de nivel principiante/intermedio del EVE. El propósito de esta herramienta es ayudar a los usuarios a entender el uso de los comandos del EVE. Los usuarios pueden construir una sola pantalla estática arrastrando y soltando objetos o escribiendo los comandos del EVE directamente para ejemplificar los objetos en pantalla. El emulador EVE incorporado transmite el efecto de los comandos de la pantalla exactamente como aparecerían en el tamaño y la resolución de pantalla elegidos. La aplicación EAB está pensada para que los usuarios conviertan todos los activos de la HMI (como imágenes, audio, video, datos de fuentes, etc.) de modo que puedan combinarse en un formato compatible con el EVE.

El ecosistema EVE (con sus chips y su cadena de herramientas de soporte) ofrece los medios para crear HMI animadas, coloridas y ricas en funcionalidad táctil que conducen a experiencias más satisfactorias para el usuario. Además, lo hace sin necesidad de especificar un costoso procesador de aplicaciones CI. El alcance de esta tecnología está siendo reconocido en una amplia variedad de sectores industriales, lo que incluye una creciente prevalencia en el sector automotriz.