“节能意识”应用平台
为帮助生产商熟悉基于FPGA的 HMI 解决方案在家电应用中的优势，Altera、Echelon和Altia面向高质量白色家电市场推出了节能意识应用平台。这一全集成的参考硬件平台包括AlteraNios®嵌入式评估套件(NEEK)，与其连接的是Echelon电力线智能收发器板，一个4.3"LCD触摸屏模块，以及显示套件内部的玻璃背板。
平台的主要构成是带有ALTEraNiosII嵌入式软核处理器的AlteraCycloneIIIFPGA。这些器件控制所有系统软件，包括用于电力线联网的EchelonShortStack®API，以及用于 HMI 和LCD触摸屏控制的Altia高性能GUI引擎和工具等。含有内置LCD控制器、触摸屏接口、内部视频流水线以及集成高性能GUI引擎和工具，CycloneIIIFPGA帮助系统设计人员避免了使用外部LCD驱动器和其他图形元件，降低了材料(BOM)成本，缩短了产品面市时间。在 家电 市场上，从机械HMI过渡到新一代数字LCD触摸屏HMI时，这一系统设计方法有明显的优势。
NEEKLCD控制器
图4所示为实现NEEKLCD控制器设计外设和接口的高级结构图。CycloneIIIFPGA的视频流水线、LCD触摸屏模块以及MAX®IICPLD是NEEKLCD控制器的主要组成。
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图4.NEEKLCD控制器子系统
视频流水线
视频流水线负责驱动LCD模块数据总线上的数据信号，读取NiosII处理器产生的帧缓冲数据。一组专用Avalon®流(ST)外设实现了数据单元在不同宽度总线之间的转换，在这一例子中，是24位红色、绿色和蓝色(RGB)象素输入流至8位象素输出流的转换，分别传送每个RGB颜色分量。在模块数据总线上，视频同步发生器外设将控制和数据信号进行排序，向LCD触摸屏模块发送象素数据。
LCD触摸屏模块
LCD触摸屏模块包括三个主要组件：
■LCD图形数据接口，它包括一个24位RGB数据总线和某些控制信号，将视频数据传送给LCD模块。
■触摸屏接口包括串行外设接口(SPI)和并行I/O(PIO)外设。SPI与模拟器件公司的AD7843触摸屏数字转换器芯片进行通信，告知出现“触摸”事件，一条PIO线采集中断事件，NiosII处理器运行驱动所有外设的软件。
■LCD控制器接口通过通用PIO外设的简单三线接口实现控制器芯片通信协议，发送并接收数据，对模块进行配置。NiosII处理器上运行的硬件抽象层(HAL)软件驱动程序对PIO外设进行控制。
MAXIICPLD
MAXIICPLD提供CycloneIIIFPGA与其连接外设的2.5V输入和3.3V输出之间的电压转换。它还可以用作FPGA和LCD模块之间的颜色解复用器：它接收来自FPGA的8位时分复用(TDM)流，将其转换回24位并行RGB格式，显示在LCD模块上。
1注意，设计人员如果不需要电压转换或者复用/解复用功能，可以在LCD控制器设计中去掉MAXIICPLD。
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f除了NEEK硬件，Altera还提供触摸屏软件API、LCD模块软件API和视频流水线子系统API源代码。关于NEEKLCD控制器及其硬件和软件组成的详细信息，请参考AN527：实现LCD控制器。
快速实现GUI开发
Altia的GUI开发和代码生成软件套装为下一代家电开发功能强大的GUI提供了流畅高效的方法。可以从艺术家的图画或者从经过预构建的库组件中进行选择，建立原型。Altia设计原型能够集成到仿真模型中，开发团队、经理、领域专家和客户可以共享这些原型。
完成GUI之后，使用Altia的DeepScreen将原型转换为C代码。这一应用程序利用NiosII处理器，针对所有图形操作产生FPGA代码。如图5所示，开发人员利用软件工具，无缝产生漂亮的彩色图像，这些图像轮廓鲜明，支持矢量目标、位图、文本、alpha混合以及缩放和旋转等转换功能。
图5.Altia设计...DeepScreen...实现
在GUI开发过程中，使用工具包具有一系列优势。Altia设计使用户能够使用多种图形工具来开发定制图像。在这一设计环境中，不需要编程便可以建立图像。开发团队采用现有的和建模工具来集成原型，很容易向用户和经理进行演示，在开发过程中获得很有价值的反馈信息，从而避免了由于错误的理解发布的规范而导致重新进行设计。原型为正确实现产品外观和功能提供了明确的方法。很容易改动原型，节省时间，不需要进行昂贵的硬件试制。
DeepScreen代码发生器产生在开发过程中使用的相同图像，因此，管理人员和用户在最终产品中得到完全相同的GUI，并且在开发过程中得到了验证。DeepScreen几分钟就可以产生图像代码，而不是几个月的时间，因此大大简化了GUI代码的产生。图像代码可以在不同的产品和模型中实现，因此，生产商获得了在所有产品代中使用一个GUI的成本优势。这些代码可以在低功耗和高功耗硬件中实现。
总结图形 HMI 逐渐成为消费类产品中必备的功能。今天，LCD触摸屏在 家电 市场上迅速得到了应用。随着AppleiPhone等产品的流行，LCD屏幕的成本显著降低，具有生动的GUI特性的触摸控制被认为是一种高端功能。ALTEra、Altia和Echelon联合开发的节能意识应用平台是革命性的高性价比方案，在家电中实现了
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最现代的HMI功能。这一独特的平台采用了一系列技术，通过以下方法，降低BOM总成本，缩短开发周期。
■避免采用外部图形器件：以前，开发人员需要在基于MCU的家电设计中加入外部LCD控制器和图形驱动器，实现触摸屏显示功能。采用CycloneIIIFPGA和NiosII嵌入式处理器后，外部元件集成在一个封装中，从而降低了系统BOM成本，提高了设计集成的灵活性。
■提高芯片设计的灵活性：由于FPGA具有内在的可编程特性，因此，家电开发人员可以增加新功能，将外设集成到内核芯片中，甚至能够解决硬件质量问题，不会影响产品的硬件成本。
■降低GUI开发成本：AltiaGUI开发平台缩短了软件开发时间，降低了总成本，显著改变了应用GUI的外观和样式。
■实现低成本产品线的多样化：使用表层技术、获得专利的文本表示以及成熟的本地化工具，采用单一ROM镜像实现了多品牌、多模型GUI，突出了产品优势。
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