TEIL 1.
Tiefe Einblicke in die All-in-One-Display-Lösung und einfache GUI-Design-Tools
In diesem Artikel erfahren Sie, wie die leistungsstärkste Produktserie von Riverdi – STM32Embedded Display – dieEntwicklung moderner HMI-Systemevereinfacht, indem sie ein Display, einen Mikrocontroller, Speicher und Schnittstellenunterstützung in einem einzigen kompakten Modul vereint. Anhand von praktischen Beispielen und einer eingehenden Funktionsanalyse erfahren Sie, wie Ingenieure die Systemkomplexität reduzieren, die GUI-Entwicklung beschleunigen und leistungsstarke STM32-Funktionen direkt in ihre Geräte integrieren können.
Behandeltes Thema:
- Was STM32 Embedded Displays zu einer echten „All-in-One“ Lösung macht
- Schnittstellen und Erweiterungsmöglichkeiten für eingebettete Anwendungen
- Ansteuerung von zwei Displays über ein einziges System
- Speicherkonfiguration für grafikintensive Benutzeroberflächen
- GUI-Erstellung mit dem TouchGFX-Framework von ST
Warum sind STM32 Displays ein Durchbruch für Ingenieure?
Da moderne Embedded-Systeme immer mehr Integration und Leistung erfordern, stellt Riverdi seine bisher fortschrittlichste Display-Serie vor – die STM32 Embedded Displays. Diese intelligenten Displays in Größen von 5,0 bis 12,1 Zoll gehen weit über herkömmliche HMI-Lösungen hinaus, indem sie einen leistungsstarken Mikrocontroller direkt auf der PCB des Displays integrieren – STM32H757XIH6 für 7″, 10,1″ und 12,1″ und STM32U5G9 für das 5-Zoll-Display. Dieses Design verwandelt jedes Gerät in einen vollwertigen Embedded Computer.
Eine solche „All-in-One“-Architektur macht ein externes Host-System überflüssig. Bei früheren Display-Modulen, z.B. solchen, die auf der EVE-Technologie basieren, war ein externer Prozessor erforderlich, um die Logik zu verwalten, Befehle an den Bildschirm zu senden und den Anwendungsablauf zu steuern. Im Gegensatz dazu wickeln die STM32 Embedded Displays den gesamten Prozess intern ab. Der integrierte Mikrocontroller führt die gesamte Anwendungslogik aus, verwaltet die Benutzeroberflächen und koordiniert die E/A-Operationen – und das alles innerhalb des Displaymoduls selbst.
Dieser Ansatz vereinfacht das Design von eingebetteten Geräten erheblich. Ganz gleich, ob es sich um eine Kaffeemaschine, ein medizinisches Instrument, eine Ladestation für Elektrofahrzeuge oder eine industrielle Steuereinheit handelt, das Display kann als zentrale Verarbeitungseinheit des Systems dienen. Ingenieure und Projektmanager können sich voll und ganz auf ihre Anwendung konzentrieren und sich dabei auf das STM32 Display verlassen, das sowohl die Visualisierung als auch die Steuerung übernimmt.
Alles aus einem Guss: Prozessor, Speicher, Schnittstellen
Die STM32 Embedded Displays sind als vollständig eigenständige Computerplattformen konzipiert. Zu den Onboard-Komponenten gehören:
- STM32-Mikrocontroller – aus derleistungsstarken STM32H7-Serie mit Dual-Core-Architektur (Cortex-M7 + Cortex-M4).
- RAM und Flash-Speicher – sowohlintern (2 MB Flash + schneller interner RAM) als auch extern (8 MB SDRAM, 64 MB QSPI Flash).
- Multimedia-Speicher: Siekönnen umfangreiche Grafiken, Videodateien und UI-Assets lokal speichern.
Das gesamte System arbeitet unabhängig – in der Demo, die die Fähigkeiten des Displays zeigt, ist die einzige externe Verbindung ein einziges Stromkabel. Die gesamte Bildwiedergabe und Anwendungsausführung erfolgt direkt auf dem Display selbst.
Reichhaltige Schnittstellenoptionen für die industrielle Integration
Die Rückseite der STM32 Embedded Displays offenbart aus technischer Sicht ihre Vielseitigkeit. Diese Displays wurden mit Blick auf Systemintegratoren und Produktdesigner entwickelt und bieten eine umfassende Reihe von Schnittstellen, die eine flexible Kommunikation, Steuerung und Erweiterung ermöglichen.
Auf der einen Seite der Karte finden wir RS-485 – eine leistungsstarke, differenzielle Schnittstelle, die in der industriellen Automatisierung weit verbreitet ist und MODBUS und andere serielle Protokolle unterstützt. Direkt daneben befindet sich RS-232, eine serielle Standardverbindung, die sich leicht unterscheidet, aber ähnliche Funktionen aufweist und ideal für die Kommunikation mit älteren oder einfachen Geräten ist.
Neben den seriellen Schnittstellen befinden sich drei Onboard-Tasten: zwei konfigurierbare Benutzertasten und eine Reset-Taste, die bei der Entwicklung und Fehlersuche nützlich ist. Eine Power-Diodenanzeige gibt eine klare visuelle Rückmeldung, wenn das System mit Strom versorgt wird.
Die größeren STM32-Modelle (7″, 10,1″ und 12,1″) sind mit zwei CAN-Schnittstellen ausgestattet, die die Kommunikation mit CAN-fähigen Geräten oder Subsystemen ermöglichen – ein wichtiges Merkmal in den Bereichen Automobil, Industrie und Energie.
Für Anwendungen mit Benutzerfeedback gibt es eine spezielle haptische Schnittstelle, die den Anschluss von Vibrationsmotoren ermöglicht, um mechanisches Feedback bei Berührungsinteraktionen zu geben – besonders nützlich für öffentliche Terminals oder taktile UI-Designs.
Das System ist außerdem modular: Ein zusätzlicher Anschluss ermöglicht den Anschluss eines Ethernet-Moduls, das als Zubehör von Riverdi erhältlich ist. Dieses Modul unterstützt PoE (Power over Ethernet), so dass sowohl Strom als auch Daten über ein einziges Kabel übertragen werden können – eine besonders wertvolle Funktion in vernetzten Umgebungen, in denen eine minimale Verkabelung unerlässlich ist.
Außerdem gibt es einen Batteriehalter für eine RTC (Real-Time Clock), die selbst im Tiefschlafmodus oder bei Stromausfall eine genaue Zeitmessung gewährleistet. Dies ist für die Datenprotokollierung, Zeitplanung und Zeitstempelung von entscheidender Bedeutung.
Für die Low-Level-Programmierung und das Debugging des STM32-Mikrocontrollers ist eine spezielle SWD-Schnittstelle (Serial Wire Debug) verfügbar. Diese Schnittstelle ist zwar für Entwickler gedacht, bietet aber auch vollen Zugriff auf den Chip, sowohl beim Prototyping als auch bei der Wartung.
Intern ist das Display-Panel über LVDS (Low Voltage Differential Signaling) angeschlossen, was eine Hochgeschwindigkeits-Datenübertragung zum integrierten Bildschirm ohne externe Verkabelung ermöglicht.
Dual-Display-Fähigkeit über RiBUS
Die RiBUS-Schnittstelle bietet eine praktische Lösung für Anwendungen, die zwei Displays erfordern. Ursprünglich wurde RiBUS für die Displays der EVE-Serie von Riverdi entwickelt. RiBUS ist vollständig kompatibel mit anderen Produktlinien und fungiert jetzt als Host-Schnittstelle für die STM32 Embedded Display-Serie.
Mit RiBUS können Ingenieure ein zweites Display – z.B. ein EVE4 – direkt an das primäre STM32 Display anschließen und so eine Konfiguration mit zwei Bildschirmen bilden, die von einem einzigen STM32 Mikrocontroller betrieben wird. Diese Konfiguration macht einen zweiten Prozessor überflüssig und reduziert sowohl die Komplexität als auch die Kosten.
Das STM32-Hauptdisplay verwaltet die Benutzeroberfläche und die Anwendungslogik mithilfe der TouchGFX-Grafikbibliothek. Das sekundäre EVE4-Display empfängt visuelle Daten über RiBUS und fungiert als intelligentes Ausgabegerät.
Häufige Anwendungsfälle sind:
- POS-Terminals:
ein Display ist dem Kassierer zugewandt (z.B. Kontrollschnittstelle), das andere dem Kunden (Transaktionsdetails). - Kaffee- oder Verkaufsautomaten:
ein Bildschirm für die interaktive Auswahl, ein anderer für dynamische Inhalte wie Brühvideos oder Werbung.
Diese Konfiguration ermöglicht ein reichhaltigeres Benutzererlebnis bei gleichzeitiger Beibehaltung eines einheitlichen Steuerungssystems. RiBUS sorgt dafür, dass beide Bildschirme synchronisiert und reaktionsschnell bleiben, ohne dass die Kosten für eine Dual-Host-Koordination anfallen.
Sehen Sie sich die Videowiedergabefähigkeiten von EVE4 und STM32-Displays an.
Lesen Sie eine kurze Anleitung zum Anschluss von Displays über RiBUS.
Erweiterungsmöglichkeiten und Unterstützung für kundenspezifische Hardware
Um projektspezifische Anforderungen zu unterstützen, bietet Riverdi einen Erweiterungsanschluss mit Zugriff auf ungenutzte STM32-Pins. Entwickler können ihre eigenen Erweiterungsplatinen mit Hilfe von vordefinierten Abstandshaltern, die sich in der Nähe der Schnittstelle befinden, direkt auf der Displayplatine montieren und anschließen.
Der Erweiterungsstecker bietet eine Vielzahl von Signaltypen, so dass Sie zusätzliche Funktionsmodule anschließen können.
Mögliche Add-ons sind
- GPS- oder GNSS-Module fürGeolokalisierungs- und Navigationsaufgaben.
- Wi-Fi-, GSM- oder LoRa-Module für diedrahtlose Kommunikation und Fernverbindung.
- Digitale und analoge E/A-Module fürMess-, Steuer- und Automatisierungsaufgaben.
Zu diesen Schnittstellen gehören I2C, SPI, USB und analoge GPIOs, die Entwicklern volle Flexibilität bei der Erweiterung der Funktionalität des Displays bieten. Dies macht das System sowohl für die Prototypenentwicklung als auch für die Produktion äußerst anpassungsfähig.
Das Layout ist sehr praxisorientiert: Die Module können mit Standardschrauben und Abstandshaltern am Display befestigt werden, was eine mechanisch stabile Integration von Tochterkarten direkt in die HMI-Hardware ermöglicht. Diese Modularität sorgt dafür, dass auch hochgradig kundenspezifische Lösungen einfach zu realisieren und zu warten sind.
Reichweite und Einfachheit der Stromversorgung
Die STM32 Embedded Displays unterstützen einen breiten Eingangsspannungsbereich – von6 V bis 48 V – und ermöglichen so diedirekte Integration in Systeme mit variablen oder ungeregelten Stromquellen, einschließlich Industrie-, Automobil- und Energiesystemen.
Diese Flexibilität macht eine externe Spannungsregelung oder -umwandlung überflüssig, vereinfacht das Systemdesign und verbessert die Zuverlässigkeit in elektrisch verrauschten Umgebungen.
Der Hauptstromanschluss ist ein Standard-Molex-Stecker, der eine zuverlässige und sichere Stromversorgung gewährleistet. Für zusätzlichen Komfort ist ein optionales PoE (Power over Ethernet) 802.3at Typ 2 „PoE+“ Modul erhältlich. Mit dieser Verbindung kann ein einziges Ethernet-Kabel sowohl die Stromversorgung als auch die Kommunikation übernehmen, was die Installation völlig vereinfacht. Darüber hinaus bietet STM32 einen Platz für eine RTC-Batterie (Real-Time Clock), so dass das Display in den Tiefschlafmodus gehen kann, während die Uhr weiterläuft.
Innerhalb des Systems: Verarbeitungsarchitektur
Das Herzstück der 7″, 10,1″ und 12,1″ STM32 Embedded Displays von Riverdi ist der STM32H7 Mikrocontroller, eine der leistungsstärksten MCUs im Portfolio von ST. Er verfügt über eine Dual-Core-Architektur, bestehend aus:
- Cortex-M7-Kern – zuständigfür Hochleistungs-Computing, einschließlich Grafikverarbeitung und datenintensive Aufgaben. Er übernimmt den Großteil des Display-Renderings und der Anwendungsausführung, wenn die Leistung entscheidend ist.
- Cortex-M4-Kern, derfür stromsparende Echtzeit-Steuerungsaufgaben optimiert ist. Er kann unabhängig vom M7 aktiv bleiben und ermöglicht Hintergrundoperationen, Peripherieverwaltung oder die Aufrechterhaltung des Gerätestatus während des Ruhezustands des Displays.
Eine solche Architektur bietet einen strategischen Energievorteil: Das System kann während inaktiver Perioden auf den M4-Kern herunterfahren und so den Stromverbrauch senken, ohne dass die Reaktionsfähigkeit des Systems beeinträchtigt wird. Zum Beispiel könnte ein Verkaufsautomat seinen Betrieb fortsetzen oder mit Sensoren kommunizieren, auch wenn die Benutzeroberfläche vorübergehend leer ist.
Optimierte Speicherkonfiguration
Das STM32-System verfügt über einen ausgewogenen Speicheraufbau, der für reaktionsschnelle, medienintensive Schnittstellen optimiert ist:
- Interner Flash-Speicher (2 MB)– wird zum Speichern des Hauptanwendungscodes verwendet und gewährleistet schnellen Zugriff und Ausführung.
- Interner Arbeitsspeicher – für dieEchtzeitverarbeitung und die Verarbeitung kurzfristiger Variablen.
- Externer SDRAM (8 MB)– entwickelt für fortgeschrittene grafische Anwendungen. Er unterstützt mehrere Bildpuffer (doppelte oder dreifache Pufferung) und ermöglicht so sanfte Bildübergänge und schnelle Bildwiederholraten – sogar bei der Videowiedergabe.
- Externer QSPI-Flash (64 MB)– bietet geeigneten Platz für Medieninhalte wie GUI-Layouts, Bilder, Schriftarten, Symbole und Videosequenzen.
- MicroSD-Kartensteckplatz – verfügbarfür zusätzliche Speichererweiterung oder dynamische Inhaltsaktualisierungen vor Ort. So können beispielsweise UI-Elemente, Werbevideos oder mehrsprachige Ressourcen aktualisiert werden, ohne die Hauptfirmware neu zu flashen.
Die Kombination der Speichertypen gewährleistet sowohl eine schnelle Ausführung als auch ausreichend Kapazität für komplexe Multimedia-Anwendungen.
GUI-Design mit TouchGFX
Die STM32 Embedded Displays von Riverdi sind eng mit TouchGFX integriert, einer von STMicroelectronics entwickelten und gepflegten Grafikbibliothek. Sie ermöglicht es Ingenieuren, mit minimalem Aufwand moderne, reaktionsschnelle und animierte grafische Benutzeroberflächen zu erstellen.
TouchGFX ist:
- Völlig kostenlos für alle STM32-Benutzer
- Entwickelt für ressourcenbeschränkte eingebettete Systeme
- Hochgradig optimiert für Hardware-Beschleunigung und minimale Speichernutzung
Als autorisierter ST-Partner stellt Riverdi sicher, dass seine Hardware vollständig kompatibel ist und offiziell im TouchGFX-Ökosystem unterstützt wird.
Sehen Sie sich das Video an oder lesen Sie den Artikel über die ersten Schritte mit STM32 und der kostenlosen Bibliothek TouchGFX.
Schnelles Prototyping und Entwicklung
Die Entwicklung einer Benutzeroberfläche mit TouchGFX ist effizient und anfängerfreundlich. Ingenieure können den TouchGFX Designer, einen visuellen Application Builder, herunterladen und mit Drag-and-Drop-Tools mit der Gestaltung von Benutzeroberflächen beginnen.
Riverdi-Displays sind bereits als vordefinierte Hardware-Ziele in den Builder integriert, der neben den ST-eigenen Discovery-Boards gelistet ist. Dies ermöglicht den sofortigen Zugriff auf:
- Gebrauchsfertige Projektvorlagen
- Vorkonfigurierte Auflösung und Speichereinstellungen
- Beispielhafte Schnittstellen und Demos
Mit diesen Tools kann der Ingenieur:
- Low-Level-Konfiguration überspringen
- Konzentrieren Sie sich direkt auf UI-Logik und Layout
- Flashen Sie die Anwendung direkt auf ein STM32-Display mit minimaler Einrichtung
In der Praxis kann eine voll funktionsfähige Smart Home-Schnittstelle – wie in der Demo von Riverdi demonstriert – innerhalb weniger Stunden entwickelt, kompiliert und auf Hardware ausgeführt werden.
Dieses Maß an Integration verkürzt die Entwicklungszyklen und senkt die Einstiegshürde für Teams, die von der traditionellen MCU-UI-Entwicklung auf moderne, berührungsempfindliche Systeme umsteigen.
Hier erfahren Sie, wie Sie Ihre Riverdi-GUI mit TouchGFX Designer entwerfen.
Zusammenfassung: Leistung, Einfachheit, Modularität
Die STM32 Embedded Displays von Riverdi vereinen Displaytechnologie, Embedded Processing, Speicher und Konnektivität in einem kompakten und hochgradig konfigurierbaren Modul. Mit leistungsstarker Dual-Core-Verarbeitung, Speicherarchitektur, umfassender Schnittstellensuite und integrierter Unterstützung für TouchGFX bieten diese Display-Serien eine komplette Grundlage für den Aufbau von HMI-Systemen der nächsten Generation.
Ob für die industrielle Automatisierung, das intelligente Zuhause oder die professionelle Instrumentierung -TM32 Embedded Displays wurden entwickelt, um Ihr Projektmanagement und Ihre Entwicklung zu vereinfachen und die Markteinführung zu beschleunigen.
Erste Schritte mit der STM32-Familie?
Sehen Sie sich das Tutorial zum Einstieg am Beispiel eines 5″ Displays an.
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