Le interfacce uomo-macchina stanno subendo un profondo cambiamento. E non è solamente l'idea di mettere un ampio schermo Tft sul frigorifero, ma ogni nuovo dispositivo elettronico dal più piccolo al più grande, dall'orologio da polso all'impianto stereo da ventimila euro è colpito dalla insana passione. Il cambiamento delle Tv è stato importante negli anni 90. Nel decennio scorso il mondo era occupato a rendere cool la propria auto. Oggi è la volta della lavastoviglie e della macchinetta del caffè. A pilotare il mercato ci sono i cellulari con Android o iOS come quello che avete in tasca. Questo è sicuramente vero. Dovreste solo provare a chiedere a un bimbetto di giocare con la vostra vecchia Game-Boy Nintendo per capire che quel tipo di grafica non è più accettabile alle future generazioni di consumatori. Interessante, sebbene questo mercato sia stato scatenato dalla “generazione iPhone” che si è creata oggi, sono sempre gli smartphone che stanno uccidendo certi mercati. Cinque anni fa ogni specialista del mercato embedded delirava sul futuro del “monitor di casa per misurare il consumo energetico” che sarebbe dovuto entrare in ogni casa europea dal qui al 2020. Sebbene questi display abbiano in qualche misura preso il loro posto sembra più ragionevole pensare che molti di questi saranno una app che potrete scaricare per il vostro telefono o per il tablet. La macchina del caffè, d'altra parte, è una cosa diversa. Per quanto potrebbe essere un'esperienza piacevole controllare la macchinetta con un'app stando piacevolmente seduti sul divano così che un fumante latte macchiato vi stia aspettando al primo intermezzo pubblicitario, purtroppo non siamo ancora arrivati a questo livello di integrazione. Gli elettrodomestici tradizionali come forni, frigoriferi, lavatrici e lavastoviglie stanno arrivando sul mercato equipaggiati con un'interfaccia uomo-macchina basata su Tft e non si vedono segni di rallentamento.
Semplici scelte di sistema
Fino a poco tempo fa ai progettisti venivano lasciate due semplici scelte di sistema: un sistema a microcontrollore o con un processore. Entrambe queste soluzioni soffrono di inconvenienti e hanno qualche vantaggio per il progetto di sistema. La scelta di quale opzione scegliere tende ad essere guidata principalmente dalla dimensione del display che i progettisti devono usare e che cosa il team di marketing richiede per le evoluzioni future.
• Sistemi a processore - Se semplicemente aprite il set top box o la televisione di casa arriverete a una conclusione semplice: se dovete pilotare un display di dimensioni consistenti allora un sistema basato su processore è l'approccio standard. Il ragionamento è semplice: l'uso di memoria. Anche uno schermo di medie dimensioni come un Vga (640 pixel per 480 pixel) necessita di 614kB di Ram come buffer per un singolo quadro. Pratica correntemente comune è l'uso di un doppio buffer dove il quadro corrente e quello successivo sono simultaneamente presenti in Ram così da evitare flickering tra le due schermate. Questo fa aumentare le dimensioni del buffer almeno fino a 1,2 MB di Ram, e solo per i dati dell'immagine. È proprio questo fatto che inizialmente rende il microprocessore più attraente di un microcontrollore. Se poi il team di marketing chiede anche che sullo schermo appaiano dei video allora il system designer deve pensare anche a fornire una soluzione ad alte prestazioni. La decodifica Mpeg4 di per se stessa è improbabile che sia possibile con un dispositivo che opera al di sotto di 200 Mhz e quindi il progettista si deve spostare rapidamente nel dominio dei sistemi a microprocessore. Il sistema operativo più popolare nella parte Hmi del mercato dei processori oggi è Linux. Linux è un bellissimo sistema operativo che porta con se una montagna di software disponibile come open source. Ma è anche voluminoso. Le tipiche applicazioni Linux tendono a richiedere più di 32MB di Ram e spesso fino al GB. Quindi Linux può essere “gratuito” ma, come molti fornitori di Rtos commerciali vi diranno, il costo di Linux è nella memoria esterna che dovete pagare per avere. Quindi un tipico sistema a processore oggi sarà costituito da una Mpu (per cui Renesas ha una linea completa di dispositivi), un ammontare significativo di Ram, molto spesso Ddr2 o Ddr3, e una Flash Nor capiente che contenga il codice che verrà trasferito in Ram durante la routine di bootstrap. Infine, poiché spesso parliamo di package Bga da 300-400pin, il progetto tipico darà molto probabilmente un Pcb multi-strato.
• Sistema a micontrollore - Come già detto un sistema basato su un microcontrollore è la seconda alternativa (anche in questo caso dobbiamo confermare che Renesas è il fornitore di microcontrollori numero uno al mondo). Questa soluzione è spesso considerata, se comparata con quella a microprocessore, una soluzione a basso costo. È chiaro che in un progetto basato su Mcu sarà impossibile pilotare schermi particolarmente capaci. Soluzioni con Mcu con flash integrata tipicamente non raggiungono i livelli di prestazioni richiesti dalla decodifica video e poichè le dimensioni di flash e Ram sono limitate si devono considerare ulteriori sacrifici, in termini di dimensioni dello schermo, profondità di colore e dimensione dei buffer. Il microcontrollore, sia con a bordo una IP per il pilotaggio diretto di un Tft o che si interfacci con un chip grafico esterno fornisce, nel mercato attuale, una soluzione particolarmente semplice e a basso costo. Un tipico sistema basato su un microcontrollore sarebbe quindi costituito da una Mcu, forse un chip grafico esterno, un poco di flash (se quella interna non è sufficiente a memorizzare tutte le immagini possibili) e un poco di Ram come memoria di quadro per pilotare lo schermo.
• Sistemi Hmi Renesas - Sia la soluzione a microprocessore che quella a microcontrollore hanno i loro inconvenienti. Il microprocessore genera un costo di sistema elevato, ma fornisce la flessibilità e le prestazioni che non è possibile ottenere da una soluzione basata su di un microcontrollore. Per questo Renesas offre qualche cosa di diverso. La famiglia SH726x non è un microcontrollore nel senso che non ha alcuna memoria flash a bordo. Non è nemmeno un microprocessore, per il fatto che non ha una unità Mmu (Memory Management Unit). La famiglia SH726x pretende di essere la soluzione per realizzare interfacce uomo-macchina con la lista di materiali più corta possibile nel mercato odierno. Poiché incorpora fino a 2,5 MB di Sram consente di ridurre il costo del sistema. La famiglia SH726x non necessita alcuna flash Nor. È possibile eseguire il bootstrap direttamente da una nuova flash seriale 'Quad Speed'. Questo taglierà ulteriormente i costi del progetto.
Pertanto la famiglia SH726x è in grado di fornire il livello di prestazioni di un processore con bassi costi di sistema. Ma i risparmi non sono ancora terminati. La famiglia SH726x chiaramente non richiede di avere un bus esterno. Sebbene questo sia disponibile sul dispositivo, i progettisti possono scegliere il package Qfp più piccolo e a costo più basso. Questo vuol dire che nonostante abbiate il livello di prestazioni di un processore non avete la necessità di avere un package Bga e il Pcb può essere un semplice due strati a basso costo. Un altro risparmio sul Pcb deriva dall'eliminazione della memoria Ddr dal progetto. Per cui non si ha più la necessità di fornire l'1,8 V richiesto da questa memoria e, ancora, risparmiare spazio sul Pcb e tempi di sviluppo. La famiglia SH726x consente quindi di avere una soluzione a costi estremamente contenuti mentre, operando con la Ram interna, fornisce le prestazioni di una soluzione a processore.
