PARTE 1.
Un’immersione profonda nella soluzione di visualizzazione all-in-one e nei facili strumenti di progettazione GUI
Questo articolo esplora il modo in cui il più potente della serie di prodotti Riverdi, l’STM32Embedded Display, semplifica losviluppo dei moderni sistemi HMI combinando display, microcontrollore, memoria e interfaccia in un unico modulo compatto. Attraverso esempi pratici e un’analisi approfondita delle funzionalità, imparerai come gli ingegneri possono ridurre la complessità del sistema, accelerare lo sviluppo della GUI e integrare le potenti funzionalità dell’STM32 direttamente nei loro dispositivi.
Argomenti trattati:
- Cosa rende i display embedded STM32 una soluzione davvero “all-in-one
- Interfaccia e funzionalità di espansione per applicazioni embedded
- Come pilotare due display con un unico sistema
- Configurazione della memoria per le UI ricche di grafica
- Creazione di interfacce grafiche con il framework TouchGFX di ST
Perché i display STM32 sono una svolta per gli ingegneri?
Poiché i moderni sistemi embedded richiedono un’integrazione e delle prestazioni sempre maggiori, Riverdi presenta la sua serie di display più avanzata fino ad oggi: i display embedded STM32. Con dimensioni che vanno da 5,0 a 12,1 pollici, questi display intelligenti vanno ben oltre le tradizionali soluzioni HMI incorporando un potente microcontrollore direttamente sul PCB del display: STM32H757XIH6 per i display da 7″, 10,1″ e 12,1″ e STM32U5G9 per i display da 5″. Questo design trasforma ogni unità in un computer incorporato perfettamente funzionante.
Questa architettura “all-in-one” elimina la necessità di un sistema host esterno. Nei moduli display precedenti, come quelli basati sulla tecnologia EVE, era necessario un processore esterno per gestire la logica, inviare comandi allo schermo e controllare il flusso dell’applicazione. Al contrario, i display incorporati STM32 gestiscono l’intero processo internamente. Il microcontrollore integrato esegue l’intera logica dell’applicazione, gestisce le interfacce utente e coordina le operazioni di I/O, il tutto dall’interno del modulo display stesso.
Questo approccio semplifica notevolmente la progettazione dei dispositivi embedded. Che si tratti di una macchina del caffè, di uno strumento medico, di una stazione di ricarica per veicoli elettrici o di un’unità di controllo industriale, il display può fungere da unità di elaborazione centrale del sistema. Gli ingegneri e i responsabili di progetto possono concentrarsi interamente sulla loro applicazione, affidandosi al display STM32 per gestire sia la visualizzazione che il controllo.
Veramente all-in-one: elaborazione, memoria, interfacce
I display embedded STM32 sono progettati come piattaforme informatiche completamente autonome. I componenti a bordo includono:
- Microcontrollore STM32 – dellaserie STM32H7 ad alte prestazioni, con architettura dual-core (Cortex-M7 + Cortex-M4).
- Memoria RAM e Flash: siainterna (2 MB di flash + RAM interna veloce) che esterna (8 MB di SDRAM, 64 MB di flash QSPI).
- Archiviazione multimediale – in gradodi memorizzare localmente grafica, file video e risorse dell’interfaccia utente.
L’intero sistema funziona in modo indipendente: nella demo che mostra le capacità del display, l’unica connessione esterna è un singolo cavo di alimentazione. Tutto il rendering delle immagini e l’esecuzione delle applicazioni avviene direttamente sul display stesso.
Ricche opzioni di interfaccia per l’integrazione industriale
Dal punto di vista ingegneristico, il retro dei display embedded STM32 rivela la loro versatilità. Progettati pensando agli integratori di sistemi e ai progettisti di prodotti, questi display offrono una serie completa di interfacce che consentono una comunicazione, un controllo e un’espansione flessibili.
Partendo da un lato della scheda, troviamo la RS-485, una potente interfaccia differenziale molto utilizzata nell’automazione industriale, in grado di supportare MODBUS e altri protocolli seriali. Accanto c’è la RS-232, una connessione seriale standard, leggermente diversa ma con funzionalità simili, ideale per comunicazioni legacy o semplici dispositivi.
Accanto alle interfacce seriali ci sono tre pulsanti a bordo: due pulsanti utente configurabili e un pulsante di reset, utile durante lo sviluppo e il debug. Un indicatore del diodo di alimentazione fornisce un chiaro feedback visivo quando il sistema è alimentato.
I modelli STM32 più grandi (7″, 10,1″ e 12,1″) sono dotati di doppia interfaccia CAN, che consente la comunicazione con dispositivi o sottosistemi abilitati CAN, una caratteristica fondamentale nei settori automobilistico, industriale ed energetico.
Per le applicazioni di feedback dell’utente, c’è un’interfaccia aptica dedicata, che consente di collegare motori a vibrazione per fornire un feedback meccanico sulle interazioni tattili – particolarmente utile nei terminali pubblici o nei progetti di interfaccia utente ricchi di tatto.
Il sistema è anche modulare: un connettore aggiuntivo permette di collegare un modulo Ethernet, disponibile come accessorio presso Riverdi. Questo modulo supporta il PoE (Power over Ethernet), consentendo di fornire sia l’alimentazione che i dati attraverso un unico cavo: una caratteristica particolarmente preziosa negli ambienti collegati in rete dove è essenziale ridurre al minimo i cablaggi.
È presente anche un supporto per la batteria di un RTC (Real-Time Clock), che garantisce un’ora precisa anche durante le modalità di sospensione profonda o le interruzioni di corrente. Questo è fondamentale per le operazioni di registrazione dei dati, programmazione e timestamp.
È disponibile un’interfaccia SWD (Serial Wire Debug) dedicata per la programmazione e il debug a basso livello del microcontrollore STM32. Pur essendo destinata agli sviluppatori, questa interfaccia garantisce un accesso completo al chip sia durante la prototipazione che la manutenzione.
Internamente, il pannello del display è collegato tramite LVDS (Low Voltage Differential Signaling), offrendo un trasferimento di dati ad alta velocità allo schermo integrato senza cablaggio esterno.
Capacità di doppio display tramite RiBUS
L’interfaccia RiBUS rappresenta una soluzione pratica per le applicazioni che richiedono due display. Originariamente sviluppata per i display Riverdi della serie EVE, RiBUS è pienamente compatibile con tutte le linee di prodotti e ora funziona come interfaccia host sulla serie STM32 Embedded Display.
Utilizzando RiBUS, gli ingegneri possono collegare un secondo display, ad esempio un EVE4, direttamente al display primario STM32, formando una configurazione a doppio schermo alimentata da un unico microcontrollore STM32. Questa configurazione elimina la necessità di un secondo processore, riducendo la complessità e i costi.
Il display principale STM32 gestisce l’interfaccia utente e la logica applicativa utilizzando la libreria grafica TouchGFX. Il display secondario EVE4 riceve i dati visivi attraverso RiBUS, fungendo da dispositivo di output intelligente.
I casi d’uso più comuni includono:
- Terminali POS:
un display rivolto verso il cassiere (ad esempio l’interfaccia di controllo), l’altro verso il cliente (dettagli della transazione). - Caffè o distributori automatici:
uno schermo per la selezione interattiva, un altro per i contenuti dinamici come i video sull’infusione o le pubblicità.
Questa configurazione consente un’esperienza utente più ricca, pur mantenendo un sistema di controllo unificato. RiBUS assicura che entrambi gli schermi rimangano sincronizzati e reattivi, senza i costi di coordinamento del doppio host.
Guarda le funzionalità di riproduzione video dei display EVE4 e STM32.
Leggi una breve guida su come collegare i display utilizzando RiBUS.
Espandibilità e supporto hardware personalizzato
Per supportare le esigenze specifiche del progetto, Riverdi fornisce un connettore di estensione con accesso ai pin STM32 non utilizzati. Gli sviluppatori possono montare e collegare le proprie schede di espansione direttamente al PCB del display utilizzando dei distanziatori predefiniti situati vicino all’interfaccia.
Il connettore di estensione espone un’ampia varietà di tipi di segnale, rendendo possibile il collegamento di moduli funzionali aggiuntivi.
I possibili componenti aggiuntivi includono
- Moduli GPS o GNSS perattività di geolocalizzazione e navigazione.
- Moduli Wi-Fi, GSM o LoRa per lacomunicazione wireless e la connettività remota.
- Moduli I/O digitali e analogici perattività di rilevamento, controllo e automazione.
Queste interfacce includono I2C, SPI, USB e GPIO analogici, offrendo agli sviluppatori la massima flessibilità nell’espansione delle funzionalità del display. Questo rende il sistema altamente adattabile sia alla fase di prototipazione che a quella di produzione.
Il layout è stato progettato tenendo conto della praticità: i moduli possono essere fissati fisicamente al display utilizzando viti e distanziali standard, consentendo un’integrazione meccanicamente stabile delle schede secondarie direttamente sull’hardware HMI. Questa modularità assicura che anche le soluzioni altamente personalizzate rimangano facili da realizzare e da mantenere.
Gamma di alimentazione e semplicità
I display embedded STM32 supportano un’ampia gamma di tensioni di ingresso, da6 V a 48 V, consentendo l’integrazione diretta in sistemi con fonti di alimentazione variabili o non regolate, tra cui sistemi industriali, automobilistici ed energetici.
Questa flessibilità elimina la necessità di circuiti esterni di regolazione o conversione della tensione, semplificando il progetto del sistema e migliorando l’affidabilità in ambienti elettricamente rumorosi.
Il connettore di alimentazione principale è una presa standard di tipo Molex, che garantisce un’alimentazione affidabile e sicura. Per una maggiore comodità, è disponibile un modulo PoE (Power over Ethernet) 802.3at Tipo 2 “PoE+” opzionale. Con questa connessione, un singolo cavo Ethernet può fornire sia l’alimentazione che la comunicazione, semplificando completamente l’installazione. Inoltre, l’STM32 offre un posto per una batteria RTC (Real-Time Clock), consentendo al display di entrare in modalità deep sleep con l’orologio ancora in funzione.
All’interno del sistema: architettura di elaborazione
Il cuore dei display embedded STM32 da 7″, 10,1″ e 12,1″ di Riverdi è costituito dal microcontrollore STM32H7, uno dei più potenti MCU disponibili nel portafoglio della ST. Presenta un’architettura dual-core composta da:
- Il core Cortex-M7 è responsabiledell’elaborazione ad alte prestazioni, compresa l’elaborazione grafica e le attività ad alta intensità di dati. Gestisce la maggior parte del rendering dei display e l’esecuzione delle applicazioni quando le prestazioni sono critiche.
- Core Cortex-M4 ottimizzatoper compiti di controllo a basso consumo e in tempo reale. Può rimanere attivo indipendentemente dall’M7, consentendo operazioni in background, la gestione delle periferiche o il mantenimento dello stato del dispositivo durante le modalità di sospensione del display.
Un’architettura di questo tipo offre un vantaggio energetico strategico: il sistema può rallentare fino al core M4 durante i periodi di inattività, riducendo il consumo energetico senza interrompere la reattività del sistema. Ad esempio, un distributore automatico potrebbe continuare a funzionare o a comunicare con i sensori anche quando l’interfaccia utente è temporaneamente vuota.
Configurazione ottimizzata della memoria
Il sistema STM32 include una configurazione di memoria ben bilanciata, ottimizzata per interfacce reattive e ricche di media:
- Memoria Flash interna (2 MB)– utilizzata per memorizzare il codice dell’applicazione principale, garantendo un accesso e un’esecuzione rapidi.
- RAM interna per l’elaborazione in tempo reale e la gestione delle variabili a breve termine.
- SDRAM esterna (8 MB)– progettata per usi grafici avanzati. Supporta frame buffer multipli (doppio o triplo buffering), consentendo transizioni fluide delle immagini e velocità di aggiornamento elevate, anche per la riproduzione di video.
- Flash QSPI esterna (64 MB): offre spazio adeguato per risorse multimediali come layout della GUI, immagini, font, icone e sequenze video.
- Slot per schede MicroSD: disponibileper l’espansione della memoria o per l’aggiornamento dinamico dei contenuti sul campo. Ad esempio, gli elementi dell’interfaccia utente, i video promozionali o le risorse multilingue possono essere aggiornati senza dover riflashare il firmware principale.
La combinazione di tipi di memoria garantisce un’esecuzione ad alta velocità e una capacità sufficiente per applicazioni multimediali complesse.
Progettazione di GUI con TouchGFX
I display integrati STM32 di Riverdi sono strettamente integrati con TouchGFX, una libreria grafica sviluppata e gestita da STMicroelectronics. Questa libreria permette agli ingegneri di creare interfacce grafiche moderne, reattive e animate con il minimo sforzo.
TouchGFX è:
- Completamente gratuito per tutti gli utenti STM32
- Progettato per sistemi embedded con risorse limitate
- Altamente ottimizzato per l’accelerazione hardware e l’utilizzo minimo della memoria
In qualità di ST Authorized Partner, Riverdi garantisce che il suo hardware è pienamente compatibile e ufficialmente supportato nell’ecosistema TouchGFX.
Guarda il video o leggi l’articolo su come iniziare a lavorare con STM32 e la libreria gratuita TouchGFX.
Prototipazione e sviluppo rapidi
Sviluppare un’interfaccia utente con TouchGFX è efficiente e facile per i principianti. Gli ingegneri possono scaricare il TouchGFX Designer, un costruttore di applicazioni visive, e iniziare a progettare le UI con strumenti drag-and-drop.
I display Riverdi sono già integrati come target hardware predefiniti all’interno del costruttore, insieme alle schede Discovery della ST. Questo permette di accedere immediatamente a:
- Modelli di progetto pronti all’uso
- Risoluzione e impostazioni di memoria preconfigurate
- Esempi di interfacce e demo
Con questi strumenti, l’ingegnere può:
- Salta la configurazione di basso livello
- Concentrati direttamente sulla logica e sul layout dell’interfaccia utente
- Esegui il flash dell’applicazione direttamente su un display STM32 con una configurazione minima
In pratica, un’interfaccia per la casa intelligente completamente funzionale, come quella dimostrata nella demo di Riverdi, può essere sviluppata, compilata ed eseguita sull’hardware in poche ore.
Questo livello di integrazione accorcia i cicli di sviluppo e abbassa la barriera d’ingresso per i team che passano dallo sviluppo di interfacce utente MCU tradizionali a sistemi moderni con capacità touch.
Scopri come progettare la tua GUI Riverdi con il designer TouchGFX qui.
Sintesi: prestazioni, semplicità, modularità
I display integrati STM32 di Riverdi combinano la tecnologia dei display, l’elaborazione integrata, la memoria e la connettività in un modulo compatto e altamente configurabile. Grazie alla potente elaborazione dual-core, all’architettura di memoria, alla suite di interfacce completa e al supporto integrato per TouchGFX, queste serie di display offrono una base completa per la realizzazione di sistemi HMI di nuova generazione.
Che si tratti di automazione industriale, casa intelligente o strumentazione professionale, i display embedded SM32 sono progettati per semplificare la gestione e lo sviluppo del progetto e per accelerare il time-to-market.
Come iniziare a lavorare con la famiglia STM32?
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