大量消费产品（如手机和音乐播放机）中的全彩图形显示器已经抓住了公众的注意力，为嵌入式设备的设计确定了新的标准。
要 点
近来带图形显示器的消费类产品的普及使嵌入系统设计者感到了必须配合用户体验的压力。
虽然图形显示器内部是复杂的，但在用户需要之前隐藏了辅助功能和特性，从而简化了用户界面。
设计良好、带图形用户界面的嵌入设备可以在不作硬件修改情况下，完成产品变化和升级。
多个供应商都提供完全插入式的图形子系统，可以作为嵌入处理器的独立串行外设。
嵌入系统开发者可以用一个连接普通外置式消费设备的通信链路，取代用户界面硬件。
显示处理器
为嵌入产品中设计一个显示界面的工作是一项对成本和开发周期有显著影响的重要任务。过去只需要一片 8 位处理器的应用现在可能需要第二片 CPU，考虑到图形功能还要升级到 16 位甚至 32 位。图形子系统会消耗相当多的内存和功率资源。在一个传统嵌入系统作业中增加图形处理可能还要增加实时操作系统，以保持应用的时序性能。另外，显示设备需要一个新的电源和机械封装。
将图形显示集成到嵌入设备中的方法是多种多样的。最彻底的方法是用新的处理器区段作重新设计，使它可以同时支持嵌入式作业和图形显示。然后软件小组就可以为嵌入系统应用开发定制的图形库。虽然这种方法可能需要大量的 NRE（非经常性工程）成本，但它能够用最低费用制造硬件，提供最高效的系统。还有一种动作不大的方法是将图形部分看作一个外设，它与嵌入处理器之间是一个通信信道。这种技术可以让开发者选择市场上现成的图形与软件产品，尽量降低开发成本。
有源阵列 LCD 屏幕是嵌入系统中最常用的图形输出设备，因为嵌入系统的要求是低功耗、重量轻、优秀的图像质量以及快速响应。LCD 显示器是在两片垂直极化的玻璃板之间夹一层光偏振液晶，形成很多三明治小单元，并由一个 TFT（薄膜晶体管）阵列驱动。电流改变液晶的偏振特性，阻挡住通过单元的光线传输。在这个基本原理上作一些扩展，制造商就可以提供各种高分辨率、单色与彩色 LCD 屏幕，适合大多数嵌入系统应用。很多设计者将 LCD 屏与电阻性触摸屏或多功能输入开关相结合，组成一个完备的用户界面。
Eastman Kodak 公司 20 多年前开发的 OLED（有机 LED）显示技术也正在嵌入系统应用中获得普及，与 LCD 相比，该技术能够以较低的功耗和制造成本提供更高亮度、更高对比度的图像。OLED 是在一个金属阴极和一个透明阳极之间夹入多层有机碳基薄膜。这些碳基薄膜含有一个空穴注入层、一个空穴传输层、一个发射层以及一个电子传输层。有机材料的选择以及层的结构决定了颜色、使用寿命和功率效率。当在 OLED 上施加电压时，注入的正、负电荷就在发射层中重新组合，并产生场致发光。与 LCD 屏不同，OLED 能够自发光，无需背光照明。OLED 的问题是成品率低，使用寿命有限。另外，水可以轻易地损坏矩阵。
电子纸显示器
尽管电子纸显示技术最早源自20世纪 70 年代，但只有当近期制造技术取得突破后，才重新唤起了人们对它的兴趣。这些显示器的特点是像纸张一样，有高对比度，极低功耗，外形轻、薄，可以有些弯曲（图 1）。它使用时就像阅读报纸一样，但拥有可更新信息的能力。覆盖电子纸显示器的是数百万个充满深褐色液体的微囊，以及几百个微型白色芯片。激活栅格控制着每个微囊的电荷，可以通过使白色芯片升到表面或沉到底下来决定每个像素的颜色。这种电子墨水的先进性在于，即使关掉电源，这种深褐色的非易失性微囊也会保持在原位。为了演示这个概念，E Ink 提供了一个基于 Linux 电子纸开发工具包，它有 800×600 像素显示器、电路和软件，可构成一个电池供电的便携式书本阅读器。
Qualcomm 希望能将薄膜光学与 MEMS（微机电系统）结构结合起来，确定下一代显示技术。该公司以蝴蝶翅膀和孔雀羽毛中的自然显微结构为模型，制造出IMOD（干涉测量调制器显示），它使用干涉方法调制光线，创造出低功耗的反射式显示器（图 2）。IMOD元素每边一般只有 10mm~100mm，包含一个微型薄膜结构，该结构只移动足以反射某种光线精确波长的距离。反射膜移动某个距离，该距离就确定了 IMOD 元素的颜色，分别表现为 400dpi~1000dpi。设计者可以将多个元素组成单个像素。为了创建一个平板显示器，Qualcomm要在所需格式中制造并封装出一个大型IMOD元素阵列。最后，该公司在元素边沿加上驱动器芯片，完成整个显示器。由于反射IMOD无需背光，因此该种显示器功耗很低。
无论选择何种技术，图形软件库和驱动器对任何显示系统都是必不可少的。你可以从显示器制造商、第三方供应商或工作室获得控制例程。另外，操作系统也会整合这些例程。简单的绘图库包括了直线、圆、方块渲染，以及有限数量的文字字体子例程。接下来是面向对象的图形库，它包含按键、滑动块、量规、图形和下拉菜单。如果在屏幕上修改几个对象，则库例程也会自动重新绘制受影响的对象。软件的第三级是图形管理器，如微软的 Windows或X Windows，其中应用程序可以独立控制自己部分的显示屏。选择的库模型不同，其复杂性和软件占用的空间也不相同。
很多设计者希望通过一个极简单的显示开始开发自有界面和定制软件，夏普微电子(Sharp Microelectronics)公司最近推出了一款 3.5 英寸的透射型 TFT-LCD 显示器，它有 100 cd/m2 的亮度（图 3）。The quarter-VGA LQ035Q7DH01 模块的目标是需要低功耗和工作在各种光照环境下的便携设备。这类应用包括 GPS（全球定位系统）设备、PDA（个人数字助理）、条形码扫描器以及测试设备等。该显示器有 262144 种颜色，功耗小于365 mW，透射模式下 100:1对比度，以及 -10℃ ~ +70℃的工作温度范围。该显示模块带有 LED 背光系统，外形尺寸只有 4mm厚，重量约45g。LQ035Q7DH01 的售价约为145美元（50 件）。
现成的显示器
有些供应商提供包含 LCD 屏、显示控制器、图形库和触摸屏的评估平台，以降低开发难度。这种现成的方案可以减少用户界面的硬件开发与软件整合工作量，设计者用一个简单的串行接口就能为设备增加图形能力。例如，Reach 技术公司最近推出了一款 4 英寸彩色 TFT 触摸式显示模块，用于医疗、工业和游戏应用（图 4）。该公司的 42-0086 显示模块工具包采用 Reach SLCD 控制器卡和一个 320×240 像素的 LG Philips LCD 板。该设备无需专用操作系统或主处理器库，用户可以像一台智能串行设备一样访问 LCD。系统从 50 个高级命令中发出一至多个命令，将文字和图像写入显示器。标准功能包括多种内置字符、按键、图表和计量，另外还有高级的宏能力。内置触摸界面可以定义屏幕上的图形按键，当按这些键时，它们会返回一个连续字符。SLCD 微处理器代码包括一个图形库、文本字符、预定义的位图，以及一个命令解释器。42-0086 模块已作为评估套件上市，带电源和串行电缆，单价为 345 美元。
对于深度嵌入设备来说，增加显示系统可能成本太高，但是，你仍然可以为这类设备建立一个图形用户界面。例如，短程无线连接到一种通用设备（如PDA、笔记本电脑或手机）上就可以为用户提供设备运行状况的图形显示。蓝牙、802.11、红外，甚至有线连接等都可以用很低的开发成本和硬件费用实现图形交互。缺乏网络连接的嵌入设备可能根本不需要硬件用户接口。互联网连接可以将任何带标准浏览器的PC转变成一个远程控制面板。现在有很多免费或低价的网页开发工具，可以帮助创建用户友好的界面。有了互联网连接，还可以将同一个通信链路用于远程软件升级以及产品数据采集。
随着图形在计算机和消费电子产品中的普及，嵌入系统设计者必须提供出类似的多媒体功能，才能符合用
更多信息请浏览
Eastman Kodak
www.kodak.com
E Ink Corp
www.eink.com
Qualcomm
www.qualcomm.com
Microsoft
www.microsoft.com
Reach Technology
www.reachtech.com
Sharp Microelectronics
www.sharpsma.com
