传统上，工业应用包括模拟按钮、开关和拨号，以与用户进行交互。如你所知，时代在变，工业应用用户现在需要丰富的图形用户界面 (GUI)。许多接口建立在嵌入式系统之上，这些系统非常强大，但它们仍然是资源受限的系统。在嵌入式开发中，它们可能在处理能力、内存或电池寿命方面受到资源限制。
在今天的文章中，我们将探讨一些在工业应用中优化 GUI 的技巧。
技巧1：直接从 flash 中绘制图像
GUI 图像通常以 PNG 格式存储在闪存中。 PNG 文件格式是一种压缩图像格式，旨在节省空间。这听起来不错，但如果图像被压缩，这意味着处理器需要解压缩图像才能将其写入帧缓冲区。解压缩图像不仅需要内部 RAM，而且还会浪费潜在的宝贵时钟周期来解压缩图像。
开发人员可以利用的优化是解压缩他们的 PNG 并将它们以 TGA 格式存储在闪存中。此格式是一种未压缩的文件格式，支持 8、16、24 或 32 位/像素，带有 8 位 Alpha 通道。虽然每个图像都会比 PNG 大，但它可以直接从闪存写入帧缓冲区，而无需浪费 CPU 周期和 RAM 进行解压缩。值得庆幸的是，闪存通常非常便宜，而且许多系统设计人员无论如何都会加大它们的尺寸，因此这种优化不仅会提高系统性能，而且对系统成本的影响也应该很小。
技巧2：优化图像存储格式
有几种不同的图像格式可用于与显示器交互，但它们的创建方式并不相同，并且具有各种优点和缺点。例如，RGB888 格式为嵌入式开发人员提供了每像素 24 位的颜色深度，这意味着每个红色、绿色和蓝色颜色控制使用 8 位。虽然这确实提供了丰富的色彩，但除了更复杂的硬件和利用要求之外，存储图像可能需要额外的存储空间。
工业应用的一个很好的权衡是改用 RGB565 格式。 RGB565 格式为开发人员提供了每像素 16 位的颜色深度，其中 5 位用于表示红色，6 位用于表示绿色，5 位用于表示蓝色。显然，颜色保真度不会像 RGB888 格式那样丰富，因为我们使用的是 16 位而不是 24 位表示。为了恢复由于可用位较少而丢失的一些颜色保真度，我们可以在图像中添加抖动。结果是一个漂亮的图像，节省了存储和计算能力。
技巧3：仔细优化动画
一般来说，动画可以在修饰 GUI 方面发挥很大作用。无论是创建精美的闪屏还是在屏幕上显示实时数据。动画的问题在于它们通常使用大量的处理能力。在播放动画时，CPU 利用率长时间飙升至 100% 的情况并不少见。这可能是不可取的，特别是如果有其他实时活动正在进行。值得庆幸的是，可以使用一些很棒的优化。
首先，限制动画空间的大小。动画只占屏幕的一小部分是很常见的。但是，嵌入式开发人员经常一遍又一遍地重写整个屏幕。开发人员可以缩小它们的大小，使其不使用整个屏幕。通过这样做，他们可以只更新屏幕的一小部分。这会导致图像存储大小、使用的内存以及处理动画所需的时钟周期减少。
另一个建议是使用快速 RAM 来优化像素写入。大多数基于微控制器的系统都有一定数量的快速、零等待 RAM，甚至是设计用于与图形加速器和帧缓冲区一起使用的 RAM。使用此 RAM 可以最大限度地减少执行周期，并在屏幕动画时将 CPU 负载保持在 100% 以下。
技巧4：利用 DMA
嵌入式开发人员经常忽略的另一种简单技术是利用微控制器 (MCU) 直接存储器访问 (DMA) 控制器。DMA 控制器由多个通道组成，可用于执行以下类型的内存传输：
外设到 RAM
RAM 到外围设备
内存到内存
这对于在没有 CPU 干预的情况下在应用程序中移动大量数据非常有用!这意味着可以在 CPU 忙于处理模数转换时在后台更新帧缓冲区。
一些 MCU 还可以执行以下类型的 DMA 传输：
闪存到 RAM
闪存到外设
这对于直接从闪存中读取图像并将它们推送到帧缓冲区非常有用。基于闪存的 DMA 通道往往不太常见，尽管它们正在寻找进入高性能 MCU 的途径。
技巧5：预渲染字体
GUI 显示文本是很常见的，而文本又使用某种字体。开发人员可以通过预渲染字体再次以更少的 CPU 周期换取存储空间，从而提高他们的图形系统效率。当字体已经被渲染时，它们可以直接写入屏幕。如果它们没有被渲染，那么这意味着 CPU 必须使用一些周期和时间来渲染字体，然后才能将它们推入帧缓冲区。
工业应用越来越多地利用 GUI 为客户和用户提供直观且易于使用的界面。虽然工业 GUI 设计人员起初可能对利用基于嵌入式系统的解决方案犹豫不决，但我们在今天的帖子中看到，有许多优化技术可用于显着简化和优化这些应用程序。这些技术包括调整图像格式、图像存储方式以及减少 CPU 周期。归根结底，嵌入式开发人员需要仔细检查显示系统中的每个链接，并确定可以采取哪些措施来最小化所需的处理能力。