如今使用各種微處理器和微控制器面臨更大的挑戰(zhàn)，致使設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)必須適應(yīng)不同的周邊設(shè)備、運(yùn)算吞吐量、電源管理系統(tǒng)等。本文敘述運(yùn)用跨平臺(tái)嵌入式GUI開發(fā)框架，如何將類似的使用者介面應(yīng)用於各種元件，並協(xié)助工程師在微控制器和微處理器之間進(jìn)行移轉(zhuǎn)。

使用各種微控制器（MCU）和微處理器（MPU）的團(tuán)隊(duì)如何節(jié)省資源並優(yōu)化作業(yè)流程? 意法半導(dǎo)體（STMicroelectronics；ST）合作夥伴計(jì)劃成員Crank Software提供了一個(gè)解決方案。這家總部位於加拿大的全球性公司以其跨平臺(tái)嵌入式GUI（Graphical User Interface；圖形使用者介面）開發(fā)框架Storyboard而聞名。

Storyboard使得開發(fā)人員能夠打造出精美且引人入勝的介面，開發(fā)者甚至可以利用STM32 MCU和MPU的示範(fàn)影像，在幾分鐘內(nèi)開始測(cè)試環(huán)境，而這些示範(fàn)影像也是展現(xiàn)該框架如何將類似的使用者介面應(yīng)用於各種元件，並協(xié)助工程師在MCU和MPU之間移轉(zhuǎn)的絕佳範(fàn)例。

移轉(zhuǎn)的挑戰(zhàn)

圖一 : 工程師可以根據(jù)客戶需求客製化系統(tǒng)，而不是將所有人強(qiáng)行納入特定系統(tǒng)。

使用多種元件有許多優(yōu)勢(shì)。工程師可以根據(jù)客戶需求客製化系統(tǒng)，而不是將所有人強(qiáng)行納入特定系統(tǒng)。然而，使用各種微處理器和微控制器也帶來(lái)了更大的挑戰(zhàn)，例如將專案移植到不同平臺(tái)上。因此，團(tuán)隊(duì)必須適應(yīng)不同的周邊設(shè)備、運(yùn)算吞吐量、電源管理系統(tǒng)等。Crank提供了一個(gè)解決方案。藉由其框架，使用者可以開發(fā)一個(gè)跨越多種設(shè)備的應(yīng)用程式。開發(fā)人員可以因此節(jié)省成本、縮短上市時(shí)間，並享有更大的靈活性。

Storyboard與STM32

使用不同硬體平臺(tái)常見的挑戰(zhàn)之一是需要重寫程式，以適應(yīng)不同的周邊設(shè)備、硬體 IP 和記憶體配置等。這是一項(xiàng)耗時(shí)的工作，這也是為什麼許多公司不輕易嘗試。此外，即使應(yīng)用程式能夠在多平臺(tái)上運(yùn)行，開發(fā)者仍然需要對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化，這在資源受限的系統(tǒng)中尤為重要。Crank利用針對(duì)特定平臺(tái)的runtime engine和Storyboard，將優(yōu)化負(fù)擔(dān)轉(zhuǎn)移到運(yùn)行引擎上。透過(guò)選擇適合的插件，開發(fā)人員可以微調(diào)其模組，避免浪費(fèi)資源。

具體來(lái)說(shuō)，Crank框架可以利用像ST的ChromART IP，或依據(jù)應(yīng)用程式的需求調(diào)整的記憶體占用大小。使用這個(gè)框架，從MCU遷移到MPU也變得更加簡(jiǎn)單，因?yàn)樵摽蚣軙?huì)適應(yīng)新的架構(gòu)。例如，STM32MP1系列中的某些版本配備3D加速器，可以打造出更豐富的介面效果；而一些具有成本效益的STM32MP1版本則沒搭載GPU，但透過(guò)使用Storyboard，工程師無(wú)需擔(dān)心這些差異，產(chǎn)品也能更快導(dǎo)入市場(chǎng)。同樣地，從MPU移轉(zhuǎn)至MCU也變得更輕鬆，因?yàn)橐婵梢越鉀Q作業(yè)系統(tǒng)、RAM管理等層面的差異。

圖二 : Crank利用針對(duì)特定平臺(tái)的runtime engine和Storyboard，將優(yōu)化負(fù)擔(dān)轉(zhuǎn)移到運(yùn)行引擎上。（source：Crank）

Storyboard vs. Validator

在Storyboard的最新版本中，Crank增加了Validator，這是一個(gè)整合式自動(dòng)化測(cè)試框架，讓開發(fā)者能夠?qū)⒄麄€(gè)或部分 GUI 與基準(zhǔn)圖像進(jìn)行比對(duì)。該框架因此確保了多次運(yùn)行之間的一致性，或辨識(shí)在不同硬體上運(yùn)行的差異。此外，它還能幫助開發(fā)者在硬體變更後，追蹤某些任務(wù)執(zhí)行時(shí)間的變化（性能測(cè)試）。

文件團(tuán)隊(duì)隨後可以使用相同的螢?zāi)唤貓D，這不僅大幅節(jié)省時(shí)間，還能確保使用最新的截圖。由於開發(fā)者必須不斷更新和調(diào)整介面，這不僅簡(jiǎn)化團(tuán)隊(duì)之間的協(xié)作，還可以避免使用者在閱讀手冊(cè)或指南時(shí)不再因過(guò)時(shí)的UI而煩惱。

Validator 還提供錄製自動(dòng)化 GUI 測(cè)試影片的功能，這讓記錄故障狀態(tài)變得更加容易。當(dāng)測(cè)試序列成功時(shí)，影片可以作為功能測(cè)試的示範(fàn)影片。因此，展示新功能或製作使用教學(xué)變得更加輕鬆。由於這個(gè)工具能產(chǎn)生在電腦模擬器中執(zhí)行的 MP4 錄影畫面，開發(fā)者無(wú)需對(duì)著螢?zāi)慌臄z而出現(xiàn)閃爍或失真現(xiàn)象，其提高了影片製作的品質(zhì)，讓展示效果更加細(xì)緻。

Storyboard與產(chǎn)業(yè)應(yīng)用

Storyboard 彈性的另一個(gè)典型例子是其支援 Lua 腳本回呼（callback）功能。開發(fā)者在使用 MPU 時(shí)，通常會(huì)選擇 Lua，因?yàn)樗\(yùn)行速度快且功能強(qiáng)大。然而，Storyboard 也提供了切換至 C 語(yǔ)言函式回呼的選擇，以適應(yīng)記憶體資源較為有限的 MCU。這個(gè)功能展現(xiàn)了 Storyboard 如何透過(guò)固定資料模型來(lái)呈現(xiàn)螢?zāi)簧系脑?，而不是依賴程式碼生成系統(tǒng)。Crank 的設(shè)計(jì)理念突顯了這個(gè)框架的高度彈性，為開發(fā)全新應(yīng)用開啟了更多可能性。

Crank 分享了該團(tuán)隊(duì)觀察到的現(xiàn)象：許多入門系統(tǒng)的開發(fā)者開始利用影片提升使用者體驗(yàn)。透過(guò)螢?zāi)伙@示及翻頁(yè)式介面，他們可以展示某些功能的使用方式。以往，這在 MCU 上會(huì)有執(zhí)行困難，因?yàn)橘Y源消耗過(guò)大，開發(fā)者若是從較高效能系統(tǒng)移植至更具成本效益的 MCU，往往會(huì)遇到挑戰(zhàn)。

同樣地，過(guò)去依賴微處理器來(lái)做為音訊介面的製造商，現(xiàn)在也傾向使用 STM32 MCU。如今，透過(guò)在 STM32 MCU 上使用 Storyboard，工程師可以大幅提升體驗(yàn)，而無(wú)需依賴昂貴的微處理器，並進(jìn)一步控制物料成本。

反過(guò)來(lái)說(shuō)，以前僅依賴 STM32 MCU 的 IoT 產(chǎn)品，如今開始使用 STM32MP1，以獲得更多運(yùn)算資源，搭配 Storyboard 來(lái)簡(jiǎn)化轉(zhuǎn)換流程並縮短上市時(shí)間。尤其現(xiàn)在 STM32MP1 已經(jīng)可以運(yùn)作即時(shí)作業(yè)系統(tǒng)，進(jìn)一步拉近了與 MCU 之間的差距。工程師能夠在享受 MPU 強(qiáng)大運(yùn)算能力的同時(shí)，使用與 STM32 MCU 相同的工具和作業(yè)系統(tǒng)。在這種情況下，Storyboard 也能幫助團(tuán)隊(duì)過(guò)渡到更具成本效益的系統(tǒng)，以打開闢新的市場(chǎng)。

從概念驗(yàn)證到產(chǎn)品推出的旅程

初期應(yīng)該做和不應(yīng)該做的事

當(dāng)與 Crank 討論時(shí)，該公司向工程師們提出了一些建議。其中一項(xiàng)建議是從建置影像檔開始。團(tuán)隊(duì)很容易在文件編寫或?qū)嵺`過(guò)程中遇到障礙，而評(píng)估板能解決這些問(wèn)題，因?yàn)樗峁┝丝芍匮}使用的概念驗(yàn)證範(fàn)例。這些範(fàn)例能夠加速專案啟動(dòng)，讓設(shè)計(jì)師能夠早期測(cè)試他們的 GUI，以取獲得寶貴的反饋意見，加速開發(fā)進(jìn)度。

Crank強(qiáng)調(diào)，選擇一個(gè)共同的起始平臺(tái)進(jìn)行所有專案能降低摩擦，通常在熟悉的環(huán)境中開始會(huì)更簡(jiǎn)單且更有效率，之後再定義應(yīng)用程式的規(guī)格，遠(yuǎn)比一開始就猜測(cè)程式所需的功能來(lái)得明智。

站在巨人的肩膀上

另一項(xiàng)重要的建議是要注意潛在的複雜性。有些公司可能不願(yuàn)意使用像 Storyboard 這樣的工具，選擇從頭開始開發(fā)。然而，ST 與 Crank 緊密合作，因?yàn)槲覀兩钪獌?yōu)化操作可能會(huì)變得複雜。

透過(guò)合作，任何使用 STM32 產(chǎn)品的團(tuán)隊(duì)都能在不需要耗費(fèi)數(shù)月甚至數(shù)年的情況下，充分挖掘產(chǎn)品的潛力。這也讓團(tuán)隊(duì)能將精力放在與客戶合作上，開發(fā)出真正具有差異性的功能。此外，使用 Storyboard 還能確保團(tuán)隊(duì)無(wú)需重新編譯程式碼庫(kù)，就可以將 GUI 遷移到不同的平臺(tái)。