简介

GUI是Graphical User Interface英文的简写，意为图形用户界面，是一种计算机软件。GUI使得操作计算机更加便捷。随着计算机技术的发展，GUI早已广泛应用于各个领域，在工业和人们日常生活中发挥着重要作用。

GUI与人机界面（Human Machine Interface, HMI）在概念上有所不同。HMI一般是指工业设备上与人交互操作的硬件；GUI是指计算机软件上的与用户接口的软件。HMI主要是指硬件，GUI强调的是软件。

根据计算架构不同，可以分为运行在CPU上的GUI和运行于MCU上的GUI。由于MCU性能较CPU低，一般会做一些简单显示和交互操作，如显示设备信息和控制等。本报告主要侧重于介绍MCU GUI。

GUI主要的应用领域有智能家居、物联网、医疗、汽车、消费电子、工业等。其中，消费电子是近几年来GUI需求增长最快的领域，如可以长续航的智能手表。其他应用领域也将会随着智能化终端的应用而带动GUI的发展。

显示技术

显示技术是利用电子技术提供变换灵活的视觉信息的技术。显示设备已成了计算机信息处理系统必不可少的一种设备，实现信息识别和交互操作等。计算机显示技术的发展也将会推动GUI的发展。

市场上主要有两种显示技术LCD和OLED。LCD英文名为Liquid Crystal Display，称为液晶显示器。LCD 是在两片平行的玻璃基板当中放置液晶盒，下基板玻璃上设置TFT（薄膜晶体管），上基板玻璃上设置彩色滤光片，通过TFT上的信号与电压改变来控制液晶分子的转动方向，从而达到控制每个像素点偏振光出射与否而达到显示目的。OLED英文名为Organic Light-Emitting Diode，中文称为有机电激光显示，又称为有机发光半导体（Organic Electroluminesence Display，OLED）。OLED属于一种电流型的有机发光器件，是通过载流子的注入和复合而致发光的现象，发光强度与注入的电流成正比。OLED显示技术具有自发光、广视角、几乎无穷高的对比度、较低耗电、极高反应速度等优点。

显示器的主要特性有显示分辨率、色深和刷新率等。显示分辨率由显示像素数定义，表示为水平（像素数）×垂直（行数）；色深可以绘制像素的颜色数量，以每像素位数（bpp）来表示。对于24bpp的色深，一个像素可以有16777216种颜色表示；刷新率（以Hz为单位）是显示面板每秒刷新的次数。因为刷新率较低时产生的视觉效果不佳，所以显示器每秒钟刷新60次（60 Hz）。

常见的显示接口有UART、SPI、Motorola 8600、Intel 8080等。UART、SPI属于串行接口，由于引脚少，节省PCB布局的空间，使用较为方便。市场上的HMI产品支持串口也较多。Motorola 8600和Intel 8080属于并行接口，数据吞吐量大，传输速度快，常为大量数据应用的显示技术所采用。而随着MCU产品技术的发展，新的显示接口如MIPI-DSI也出现在了MCU上，给GUI设计提供了新的硬件支持。

GUI应用系统

一个GUI应用系统硬件主要包括MCU、显示器、外部存储器、通信等。MCU在GUI应用中主要考虑的是成本、性能、图形处理功能、频率、显示接口和支持的分辨率等。显示器主要考虑的是分辨率、尺寸、接口、成本等。GUI一般需要外部的存储器来存储图片、字库、缓存等信息。非易失性存储（NVM）主要用于存储图形，例如位图、字体、语言和程序代码等。对于较大的GUI应用，MCU内部的RAM显然是不够的，需要外接易失性存储器（VM），主要用于存储帧的缓存等。触控技术有不同的类型，如电阻式、电容式、SAW、红外等。具备了通信功能的显示屏还可以与外部进行数据交换和交互操作。

基于MCU的应用系统软件主要包括硬件底层驱动、嵌入式实时操作系统（RTOS）、GUI、中间件和应用程序等组成。与通用计算平台的GUI不同，MCU上的GUI往往与硬件关联性较强，不同的接口和显示屏需要不同的底层驱动。RTOS使得GUI的开发、维护和移植更容易。

GUI软件工具

为便于GUI的开发许多公司提供了GUI库，有各种各样的图形部件(widgets)或控件，也有一些开源免费的GUI工具可以选择，如LittlevGL、TouchGFX、AWTK等。不少的GUI公司还提供了GUI软件辅助工具，帮助开发者快速创建可视的图形化界面。虽然有开源的、免费的GUI工具可以选择，但GUI由于涉及到嵌入式开发和美观的UI，商业化的GUI软件仍具有较大的潜在市场空间。

GUI市场规模

GUI应用范围广泛，会随着智能化设备的发展而不断发展。近几年基于MCU的智能手表的快速发展，给GUI嵌入式应用带来了新的市场机遇。基于MCU的智能手表功耗低，有较长的续航时间，大大提升了用户体验。根据IDC的跟踪报告显示，2019年全球智能手表的出货量有9,240万台，2024年预计可到14,950万台。

推动GUI发展的因素

推动GUI发展的因素有MCU、数据可视化、人机交互、物联通信等。MCU高频高性能产品的推出，使得产品以较低系统设计成本实现较炫的显示效果。而设备数据的可视化是GUI应用发展的基本需求。GUI为人机交互提供了更直观UI的操作，尤其是对于一些智能化设备，使得设备操作更加简单易用。设备的联网通信给GUI提供了更多内容呈现的可能，设备厂商或内容服务商更多的内容将会借助GUI呈现出来。

如果从物联网云-边-端角度来看，GUI显示的内容可以来自云端、边缘网络、终端设备。GUI让智能看得见摸得着。

附PPT