簡介

GUI是Graphical User Interface英文的簡寫，意為圖形用戶界面，是一種計算機軟件。GUI使得操作計算機更加便捷。随着計算機技術的發展，GUI早已廣泛應用于各個領域，在工業和人們日常生活中發揮着重要作用。

GUI與人機界面（Human Machine Interface, HMI）在概念上有所不同。HMI一般是指工業設備上與人交互操作的硬件；GUI是指計算機軟件上的與用戶接口的軟件。HMI主要是指硬件，GUI強調的是軟件。

根據計算架構不同，可以分為運行在CPU上的GUI和運行于MCU上的GUI。由于MCU性能較CPU低，一般會做一些簡單顯示和交互操作，如顯示設備信息和控制等。本報告主要側重于介紹MCU GUI。

GUI主要的應用領域有智能家居、物聯網、醫療、汽車、消費電子、工業等。其中，消費電子是近幾年來GUI需求增長最快的領域，如可以長續航的智能手表。其他應用領域也将會随着智能化終端的應用而帶動GUI的發展。

顯示技術

顯示技術是利用電子技術提供變換靈活的視覺信息的技術。顯示設備已成了計算機信息處理系統必不可少的一種設備，實現信息識别和交互操作等。計算機顯示技術的發展也将會推動GUI的發展。

市場上主要有兩種顯示技術LCD和OLED。LCD英文名為Liquid Crystal Display，稱為液晶顯示器。LCD 是在兩片平行的玻璃基闆當中放置液晶盒，下基闆玻璃上設置TFT（薄膜晶體管），上基闆玻璃上設置彩色濾光片，通過TFT上的信号與電壓改變來控制液晶分子的轉動方向，從而達到控制每個像素點偏振光出射與否而達到顯示目的。OLED英文名為Organic Light-Emitting Diode，中文稱為有機電激光顯示，又稱為有機發光半導體（Organic Electroluminesence Display，OLED）。OLED屬于一種電流型的有機發光器件，是通過載流子的注入和複合而緻發光的現象，發光強度與注入的電流成正比。OLED顯示技術具有自發光、廣視角、幾乎無窮高的對比度、較低耗電、極高反應速度等優點。

顯示器的主要特性有顯示分辨率、色深和刷新率等。顯示分辨率由顯示像素數定義，表示為水平（像素數）×垂直（行數）；色深可以繪制像素的顔色數量，以每像素位數（bpp）來表示。對于24bpp的色深，一個像素可以有16777216種顔色表示；刷新率（以Hz為單位）是顯示面闆每秒刷新的次數。因為刷新率較低時産生的視覺效果不佳，所以顯示器每秒鐘刷新60次（60 Hz）。

常見的顯示接口有UART、SPI、Motorola 8600、Intel 8080等。UART、SPI屬于串行接口，由于引腳少，節省PCB布局的空間，使用較為方便。市場上的HMI産品支持串口也較多。Motorola 8600和Intel 8080屬于并行接口，數據吞吐量大，傳輸速度快，常為大量數據應用的顯示技術所采用。而随着MCU産品技術的發展，新的顯示接口如MIPI-DSI也出現在了MCU上，給GUI設計提供了新的硬件支持。

GUI應用系統

一個GUI應用系統硬件主要包括MCU、顯示器、外部存儲器、通信等。MCU在GUI應用中主要考慮的是成本、性能、圖形處理功能、頻率、顯示接口和支持的分辨率等。顯示器主要考慮的是分辨率、尺寸、接口、成本等。GUI一般需要外部的存儲器來存儲圖片、字庫、緩存等信息。非易失性存儲（NVM）主要用于存儲圖形，例如位圖、字體、語言和程序代碼等。對于較大的GUI應用，MCU内部的RAM顯然是不夠的，需要外接易失性存儲器（VM），主要用于存儲幀的緩存等。觸控技術有不同的類型，如電阻式、電容式、SAW、紅外等。具備了通信功能的顯示屏還可以與外部進行數據交換和交互操作。

基于MCU的應用系統軟件主要包括硬件底層驅動、嵌入式實時操作系統（RTOS）、GUI、中間件和應用程序等組成。與通用計算平台的GUI不同，MCU上的GUI往往與硬件關聯性較強，不同的接口和顯示屏需要不同的底層驅動。RTOS使得GUI的開發、維護和移植更容易。

GUI軟件工具

為便于GUI的開發許多公司提供了GUI庫，有各種各樣的圖形部件(widgets)或控件，也有一些開源免費的GUI工具可以選擇，如LittlevGL、TouchGFX、AWTK等。不少的GUI公司還提供了GUI軟件輔助工具，幫助開發者快速創建可視的圖形化界面。雖然有開源的、免費的GUI工具可以選擇，但GUI由于涉及到嵌入式開發和美觀的UI，商業化的GUI軟件仍具有較大的潛在市場空間。

GUI市場規模

GUI應用範圍廣泛，會随着智能化設備的發展而不斷發展。近幾年基于MCU的智能手表的快速發展，給GUI嵌入式應用帶來了新的市場機遇。基于MCU的智能手表功耗低，有較長的續航時間，大大提升了用戶體驗。根據IDC的跟蹤報告顯示，2019年全球智能手表的出貨量有9,240萬台，2024年預計可到14,950萬台。

推動GUI發展的因素

推動GUI發展的因素有MCU、數據可視化、人機交互、物聯通信等。MCU高頻高性能産品的推出，使得産品以較低系統設計成本實現較炫的顯示效果。而設備數據的可視化是GUI應用發展的基本需求。GUI為人機交互提供了更直觀UI的操作，尤其是對于一些智能化設備，使得設備操作更加簡單易用。設備的聯網通信給GUI提供了更多内容呈現的可能，設備廠商或内容服務商更多的内容将會借助GUI呈現出來。

如果從物聯網雲-邊-端角度來看，GUI顯示的内容可以來自雲端、邊緣網絡、終端設備。GUI讓智能看得見摸得着。

附PPT

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