nouvelles de l'entreprise Maîtriser la sélection d'interface: optimiser les performances et les coûts avec MCU Parallel vs SPI pour les écrans de taille moyenne

Lors de l'intégration d'un écran de résolution moyenne comme un TFT 2,8 pouces 240x320 dans un système embarqué, l'une des premières décisions et des plus importantes qu'un ingénieur prend est de sélectionner l'interface de communication. Ce choix dicte la charge du processeur, le taux de rafraîchissement, le coût du système, la complexité du circuit imprimé et, en fin de compte, l'expérience utilisateur. Avec des modules offrant plusieurs options, comment choisir la bonne pour votre projet ?

Cet article aborde le défi de conception critique de sélectionner et implémenter de manière optimale l'interface d'affichage afin d'équilibrer les performances, le coût et la consommation d'énergie. Nous allons mener une analyse comparative des interfaces MCU parallèle (série 8080) et série SPI, en utilisant le module TFT transflectif SFTO280PY-7422AN de Saef Technology Limited comme étude de cas pratique, avec une analyse de la synchronisation tirée de sa fiche technique.

Le défi principal : le goulot d'étranglement de la bande passante dans les graphiques embarqués

Le SFTO280PY-7422AN a une résolution de 240 x 320 x 18 bits de couleur (262K). Une image plein écran nécessite le transfert de 240 * 320 * 18 bits = 1 382 400 bits (≈172,8 Ko) de données. Le défi consiste à déplacer ces données du microcontrôleur hôte vers la mémoire d'image de l'écran suffisamment rapidement et efficacement pour obtenir une interface utilisateur réactive.

La fiche technique révèle que le module prend en charge trois modes principaux via la configuration des broches IM[2:0] :

1. Interface parallèle MCU 8/16 bits (série 8080) : Un bus traditionnel à large bande passante.

2. SPI à 4 fils : Une interface série avec une ligne Commande/Données séparée.

3. SPI à 3 fils : Une interface série optimisée pour les broches.

Les compromis sont importants et souvent mal compris.

Analyse comparative : MCU parallèle vs. SPI

Décomposons la décision en utilisant des données quantitatives de la fiche technique du SFTO280PY-7422AN (Caractéristiques CA, Section 7).

Scénario 1 : Maximiser la fréquence d'images et la fluidité de l'interface utilisateur (Choisir MCU parallèle)

Cas d'utilisation : IHM industrielles avec des graphiques complexes, des jauges animées ou des tableaux de bord de données à mise à jour rapide.

• Calcul de la bande passante :

  • Parallèle 16 bits (Écriture) : Temps de cycle d'écriture minimum (T_WC) = 66 ns. Pour les transferts de 16 bits (2 octets), un pixel prend un cycle. Temps par image complète = 240*320 * 66ns = 5,07 ms. Cela implique une fréquence d'images théorique > 190 Hz (bien que limitée par la vitesse d'écriture interne du circuit intégré du pilote).

  • SPI à 4 fils (Écriture) : Cycle d'horloge série minimum (T_SCYCW) = 16 ns. Le transfert de 18 bits par pixel (nécessite 3 octets) à 16 ns par front d'horloge (2 fronts par cycle d'horloge) donne un temps de pixel d'environ 24 * 16ns = 384 ns. Temps par image complète = 240*320 * 384ns = 29,5 ms. Fréquence d'images maximale théorique ≈ 34 Hz.

• Verdict de performance : L'interface parallèle est ~5,8x plus rapide pour les mises à jour plein écran. Cela permet des animations plus fluides et une sensation plus réactive. Elle décharge considérablement le MCU hôte, car le transfert de données est une simple écriture mappée en mémoire.

• Notes d'implémentation : Utilisez le bus de données 16 bits (DB0-DB15) pour de meilleures performances. Vous devez gérer les broches de contrôle (CS, RS, WR, RD) et vous assurer que le contrôleur de mémoire externe (FSMC/FMC) ou la routine de bit-banging GPIO de votre MCU peuvent respecter la synchronisation stricte (T_AS, T_AH, T_WRL). Le nombre de broches est élevé (jusqu'à 21 signaux), ce qui augmente le nombre de couches de circuit imprimé et la taille/le coût du connecteur.

Scénario 2 : Minimiser le nombre de broches, le coût et la complexité (Choisir SPI)

Cas d'utilisation : Instruments portables, appareils portables, conceptions de circuits imprimés à espace limité ou systèmes où le MCU dispose d'E/S limitées ou manque d'interface parallèle.

• Avantage du nombre de broches :

  • SPI à 4 fils : Nécessite seulement 4 à 6 broches : CS, SCL, SDA, RS/D/C, (plus RESET et le contrôle du rétroéclairage en option). C'est une économie massive par rapport au parallèle.

  • SPI à 3 fils : Réduit encore à ~4 broches en éliminant la ligne séparée RS/D/C, en intégrant la commande/les données dans le flux série.

• Stratégie d'optimisation pour SPI : Vous ne pouvez pas obtenir des mises à jour plein écran à 60 Hz, mais vous n'en avez pas besoin.

  • Les mises à jour partielles sont essentielles : Ne redessinez que la partie de l'écran qui change. Changer un nombre dans un champ de données peut nécessiter la mise à jour de quelques centaines de pixels seulement, ce qui rend la latence SPI négligeable.

  • Utilisez un tampon d'image dans la RAM du MCU : Pour des graphiques plus complexes, conservez un tampon plein écran dans la RAM interne de votre MCU. Utilisez le DMA pour diffuser les données vers l'écran via SPI en arrière-plan. Cela libère le processeur pour d'autres tâches après la composition de l'image.

  • Tirez parti des fonctionnalités du circuit intégré d'affichage : Le pilote ST7789T3 dispose d'une mémoire d'image intégrée. Utilisez ses commandes de dessin intégrées (par exemple, pour dessiner des lignes, remplir des rectangles) envoyées via de courtes commandes SPI pour laisser le circuit intégré du pilote gérer les opérations graphiques, minimisant ainsi le transfert de données.

Guide de mise en œuvre pratique

1. Configuration matérielle : Définissez les broches IM0, IM1, IM2 sur le module en fonction du mode choisi. Pour SPI, assurez-vous que le périphérique SPI de votre MCU peut maîtriser les débits d'horloge requis (jusqu'à 1 / T_SCYCW ≈ 62,5 MHz pour l'écriture). La fiche technique spécifie que VDDI (IOVCC) peut être de 1,8 V, ce qui permet une adaptation de niveau avec des MCU à cœur basse tension.

2. Séquencement de l'alimentation : Suivez la séquence : Stabilisez VCC (2,8 V) et IOVCC (1,8 V/3,3 V), puis pulsez la broche RESET à l'état bas pendant >10 us (voir Synchronisation de la réinitialisation, T_RW). Attendez >120 ms (T_RT pour le mode Sleep Out) avant d'envoyer les commandes d'initialisation.

3. Intégrité du signal : Pour les interfaces parallèles, conservez les traces du bus de données de même longueur et aussi courtes que possible. Pour les SPI à haute vitesse (>20 MHz), traitez les lignes SCL et SDA comme des traces à impédance contrôlée, en particulier si le câble FPC est long.

Amélioration avec le tactile : une considération

Le tactile résistif à 4 fils (RTP) inclus utilise des broches séparées et n'interfère pas avec le choix de l'interface d'affichage. Pour un module complémentaire tactile capacitif (CTP), un bus I2C supplémentaire serait nécessaire. Saef Technology Limited peut fournir des solutions CTP entièrement intégrées où le contrôleur tactile est pré-connecté et ne nécessite que des lignes d'alimentation et I2C de votre hôte.

Conclusion : aligner l'interface sur la philosophie de l'application

Il n'y a pas d'interface universellement « meilleure ». Le choix optimal émerge de vos priorités système :

• Choisissez MCU parallèle pour les applications critiques en termes de performances et riches en graphiques où la fluidité est primordiale et l'espace sur le circuit imprimé est disponible.

• Choisissez SPI pour les conceptions sensibles aux coûts, miniaturisées ou à faible nombre d'E/S où les taux de mise à jour sont modérés et peuvent être optimisés grâce à un logiciel intelligent.

Le SFTO280PY-7422AN excelle en offrant ce choix essentiel, pérennisant votre conception. Ses spécifications de synchronisation CA détaillées permettent aux ingénieurs de prendre des décisions éclairées et de valider leurs conceptions en amont.

Vous avez du mal à choisir la bonne interface d'affichage pour votre projet embarqué ? Téléchargez la fiche technique complète SFTO280PY-7422AN.pdf ici pour analyser les spécifications de synchronisation de votre MCU spécifique. Contactez l'équipe technique de Saef Technology Limited pour discuter des exigences de votre application—nous pouvons vous aider à guider la sélection et à fournir le module configuré de manière optimale avec ou sans votre technologie tactile préférée.