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bei Embedded Systems

HMI-Interfaces / Touchscreen

State of the Art bei den Bedienkonzepten

Aktuelle Smartphones mit Touchscreens setzen Standards hinsichtlich moderner Bedienkonzepte. Das führt zu einer stetig zunehmenden Nachfrage dieser Bedienkonzepte bei Industrieanwendungen. Mit Produkten, die mit einem Touchscreen, ansprechender Grafik und intuitiver Nutzerführung ausgestattet sind, lässt sich am Markt ein sehr viel höherer Verkaufspreis erzielen als bei Produkten mit klassischer Bedienung.

Wir verfügen über eine breite Expertise im Bereich Touchscreens, sowohl bei hochauflösenden resistiven als auch bei multitouch-fähigen kapazitiven Touchpads, bei preiswertem TN-Displays und blickwinkelstabilen IPS/PVA Displays. Wie bieten Ihnen eine umfassende Beratung bei der Auswahl des richtigen Touchscreens für Ihre Anwendung, sowie der Ansteuerung und Integration in ein Embedded-System.

Unsere Systemarchitektur

Die von uns entwickelte Systemarchitektur baut auf einem HMI (Human Machine Interface) auf, das auf preiswerten aktuellen Microcontrollern läuft. Es kommt ohne ein komplexes Betriebssystem wie beispielsweise Linux aus.

Die Vorteile:

Wir haben eine Referenzplattform entwickelt, von der ausgehend ein für den Anwendungsfall der Kunden maßgeschneidertes Produkt entwickelt werden kann. Der dafür erforderliche Zeitaufwand ist moderat und auch die Entwicklungskosten für die Referenzplattform teilen sich so auf die daraus hervorgegangenen Projekte auf.


Das Embedded System ist ausgestattet mit:

  • STM32F429ZE Cortex-M4 MCU, getaktet mit 168 MHz
  • 16 MByte SDRAM mit 16-Bit Datenbusbreite
  • 8 MByte SPI-Flash
  • 7" TFT Touchscreen mit 800x480 Pixel Auflösung (16:9) und resistivem Touch-Panel
  • Micro-USB OTG USB2.0
  • microSD Karteninterface
  • 4-Layer PCB

Fonts (Unicode/UTF-8)

In globalen Märkten ist es wichtig, ein Produkt an lokale Gegebenheiten anzupassen, dazu gehört auch die Unterstützung der jeweiligen Landessprache in der GUI (Graphics User Interface). Unsere Lösung unterstützt die Zeichencodierung in UTF-8. Ausgehend von einem Vektorfont, z.B. Truetype oder Opentype kann ein Font gerendert werden, der eine selektierte Zeichenmenge enthält, dazu können auch kyrillische oder chinesische Zeichen gehören, ganz je nach Anforderung. In einer XML-Datei können Sprachvarianten hinterlegt werden, die dann in einem Sprachwahl-Menü durch den Bediener der GUI ausgewählt werden können.


In dem Screenshot ist unter anderem das komplette kyrillische Alphabet mit Erweiterung für nichtslawische Sprachen abgebildet. Die Digitaluhr ist auch mit einem Font realisiert: Digital-Monospace, damit die Zeichenabstände immer gleich groß sind.

Panel I: Tabs und Widgets

Ein Kompromiss bei GUIs ist immer die Größe der Widgets (einzelne Objekte). Für eine Bedienung mit der Hand sollten diese möglichst groß sein, was die Anzahl der Widgets, die auf einen Screen passen, begrenzt. Hier helfen Tabs ("Reiter"), mit denen sich auch alles ordnen lässt. Alle Widgets auf allen Tabs sind gleichzeitig aktiv. Der Window-Manager kümmert sich um die nötigen Redraws der einzelnen Widgets, etwa beim Umschalten zwischen den Tabs.


Hier sind zu sehen: Radio-Buttons, eine Checkbox, ein Slider (hier zum Einstellen der Hintergrundbeleuchtung benutzt) und Buttons.

Panel II: Lists

Listen sind ein wichtiges Element, um Platz auf dem Screen zu schaffen. So können große Listen in ein kleines Widget gepackt werden und der Bediener kann durch die Liste "scrollen", damit auch Einträge sichtbar werden, die vorher nicht auf dem Screen zu sehen waren.


In diesem Beispiel sehen Sie eine einfache Singleselect-Liste und eine Multiselect-Liste, bei der auch mehrere Elemente selektiert werden können. Grafische Symbole am Anfang eines Eintrags geben einen schnellen Überblick, was aktuell alles selektiert ist.

Grafikbeschleuniger (BLITter)

Der Bildaufbau muss immer flüssig sein, ein neuer Screen darf keine nennenswerte Zeit beanspruchen bis er gerendert ist (d.h. alle Pixel auf dem Screen berechnet sind). Für einen schnellen Bildaufbau ist ein Hardware-Accelerator (Beschleuniger) in Form eines BLITters (BLock Image Transfer) notwendig, der das Füllen und Kopieren von rechteckigen Flächen übernimmt und dadurch den Microcontroller entlastet.


In dem gezeigten Screenshot wird abwechselnd ein Rechteck mit einer Farbe gefüllt (Fill_Area) und vom chipinternen SRAM ins externe SDRAM kopiert (Copy_Area). Die erreichten Raten werden daraufhin angezeigt.
Bei dem hier verwendeten Embedded System ist das Pixelformat RGB565 (16 Bit pro Pixel), die Anbindung des SDRAMs, in dem der Framebuffer liegt, ebenfalls 16-Bittig. Das SDRAM ist mit 86 MHz getaktet, davon braucht der LTDC-Displaycontroller 24 MHz für das zyklische Update des Displays. An der Pixelrate des BLITters von ca. 60 Megapixel in der Sekunde sieht man, dass das System so ziemlich das herausholt, was von der Hardware her möglich ist, denn 60+24 = 84. Nur 2 MHz Speicherbandbreite bleiben ungenutzt, das ist eine Rate von 97,7%. Und das SDRAM muss nebenbei auch noch refreshed werden.