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現(xiàn)今，各種電子設(shè)備正在轉(zhuǎn)變?yōu)椤复笮椭悄苁謾C(jī)」；這就是所謂的「智能手機(jī)化」。 當(dāng)然智能手機(jī)化并不代表「可以隨身攜帶這些電子設(shè)備用來打電話或使用SNS服務(wù)或玩游戲」；而是指這些電子設(shè)備內(nèi)部的系統(tǒng)配置變得與智能手機(jī)非常相似。 具體來說它搭載了很豐富的功能：如顯示器、相機(jī)、音頻設(shè)備、各種傳感器、LTE通信功能、Wi-Fi（無線LAN）功能、藍(lán)牙功能和GNSS功能等，并且將這些功能通過很高演算處理能力的處理器來控制。
這類智能手機(jī)化的電子設(shè)備其典型例子就是銷售軟飲料、含酒精飲料和糖果等產(chǎn)品的自動(dòng)售貨機(jī)。過去自動(dòng)售貨機(jī)只能投入紙鈔或硬幣來購買所需商品。 但近年來自動(dòng)售貨機(jī)裝備了顯示商品廣告的顯示器、用于二維碼支付的攝像頭、共享銷售信息的LTE通信等功能；并且未來還將安裝用于預(yù)防犯罪的監(jiān)控?cái)z像頭以及用于掌握買家屬性的邊緣AI功能。這幾乎就是從「按鍵式手機(jī)到智能手機(jī)」的變化。
智能手機(jī)化的電子設(shè)備可以通用實(shí)際用于智能手機(jī)中的大量半導(dǎo)體芯片和電子部件。因此可以說能使設(shè)計(jì)更簡(jiǎn)單，成本更低。但在某些情況下也會(huì)遇到新的設(shè)計(jì)問題。這是因?yàn)橹悄苁謾C(jī)和自動(dòng)售貨機(jī)的外部尺寸完全不同。智能手機(jī)尺寸最多也就約160mm x 80mm x 9mm。因此用于傳輸顯示器上顯示的影像信號(hào)和相機(jī)拍攝的影像信號(hào)的接口長(zhǎng)度可以非常短。即便是使用最多只能連接幾十cm的MIPI D-PHY都沒有問題。但自動(dòng)售貨機(jī)的尺寸非常大，最大高度為2m。所以需要在其內(nèi)部傳輸影像信號(hào)，接口間長(zhǎng)度可能會(huì)超過1.5m，甚至達(dá)到3m。使用MIPI D-PHY和LVDS通常受到距離限制，在設(shè)備的設(shè)計(jì)上需要花更多功夫。
這類智能手機(jī)化的電子設(shè)備其典型例子就是銷售軟飲料、含酒精飲料和糖果等產(chǎn)品的自動(dòng)售貨機(jī)。過去自動(dòng)售貨機(jī)只能投入紙鈔或硬幣來購買所需商品。 但近年來自動(dòng)售貨機(jī)裝備了顯示商品廣告的顯示器、用于二維碼支付的攝像頭、共享銷售信息的LTE通信等功能；并且未來還將安裝用于預(yù)防犯罪的監(jiān)控?cái)z像頭以及用于掌握買家屬性的邊緣AI功能。這幾乎就是從「按鍵式手機(jī)到智能手機(jī)」的變化。
智能手機(jī)化的電子設(shè)備可以通用實(shí)際用于智能手機(jī)中的大量半導(dǎo)體芯片和電子部件。因此可以說能使設(shè)計(jì)更簡(jiǎn)單，成本更低。但在某些情況下也會(huì)遇到新的設(shè)計(jì)問題。這是因?yàn)橹悄苁謾C(jī)和自動(dòng)售貨機(jī)的外部尺寸完全不同。智能手機(jī)尺寸最多也就約160mm x 80mm x 9mm。因此用于傳輸顯示器上顯示的影像信號(hào)和相機(jī)拍攝的影像信號(hào)的接口長(zhǎng)度可以非常短。即便是使用最多只能連接幾十cm的MIPI D-PHY都沒有問題。但自動(dòng)售貨機(jī)的尺寸非常大，最大高度為2m。所以需要在其內(nèi)部傳輸影像信號(hào)，接口間長(zhǎng)度可能會(huì)超過1.5m，甚至達(dá)到3m。使用MIPI D-PHY和LVDS通常受到距離限制，在設(shè)備的設(shè)計(jì)上需要花更多功夫。
年輕工程師迎接挑戰(zhàn)
「讓我們實(shí)際試作一下智能手機(jī)化的自動(dòng)售貨機(jī)吧！」
2023年6月初，就職訓(xùn)練（On the Job Training）導(dǎo)師找到了于同年4月加入公司的宇野。宇野從產(chǎn)業(yè)技術(shù)高級(jí)專門學(xué)校畢業(yè)后，進(jìn)入了豐橋技術(shù)科學(xué)大學(xué)，并在大學(xué)研究院完成了碩士課程，是備受期待的年輕工程師。
導(dǎo)師給宇野的開發(fā)主題如下：系統(tǒng)構(gòu)成包括用于監(jiān)控/預(yù)防犯罪的攝像頭、二維碼支付用攝像頭以及用于顯示廣告的10.1英寸液晶面板，這些都是由THine Electronics的子公司Cathay銷售的Smart Module「SIM8918JP」控制（圖1）。正常情況下，自動(dòng)售貨機(jī)中銷售的商品廣告和監(jiān)控/預(yù)防犯罪的攝像頭拍攝的影片每三分鐘就會(huì)在液晶屏上依序顯示一次。當(dāng)顧客（購買者）掃描二維碼時(shí)，影像就會(huì)轉(zhuǎn)換為該畫面來進(jìn)行結(jié)算。
Smart Module SIM8918JP將美國Qualcomm的64bit處理器「QCM2290」、LTE通信功能、無線LAN功能、藍(lán)牙功能、GNSS功能等整合到一個(gè)封裝內(nèi)（圖2）。 QCM2290除了配備四個(gè)英國Arm的Cortex-A53核之外，還整合了作為高效圖形處理器(GPU)的「Adreno720」，利用Android操作系統(tǒng)來運(yùn)行。
這個(gè)課題對(duì)進(jìn)公司才2個(gè)月的年輕工程師來說有點(diǎn)難。但宇野卻說「確實(shí)最開始覺得這個(gè)課題挺難的。但4月和5月一直在參加講座，好不容易有能動(dòng)手的課題，感到非常高興?！?br>
導(dǎo)師給宇野的開發(fā)主題如下：系統(tǒng)構(gòu)成包括用于監(jiān)控/預(yù)防犯罪的攝像頭、二維碼支付用攝像頭以及用于顯示廣告的10.1英寸液晶面板，這些都是由THine Electronics的子公司Cathay銷售的Smart Module「SIM8918JP」控制（圖1）。正常情況下，自動(dòng)售貨機(jī)中銷售的商品廣告和監(jiān)控/預(yù)防犯罪的攝像頭拍攝的影片每三分鐘就會(huì)在液晶屏上依序顯示一次。當(dāng)顧客（購買者）掃描二維碼時(shí)，影像就會(huì)轉(zhuǎn)換為該畫面來進(jìn)行結(jié)算。
Smart Module SIM8918JP將美國Qualcomm的64bit處理器「QCM2290」、LTE通信功能、無線LAN功能、藍(lán)牙功能、GNSS功能等整合到一個(gè)封裝內(nèi)（圖2）。 QCM2290除了配備四個(gè)英國Arm的Cortex-A53核之外，還整合了作為高效圖形處理器(GPU)的「Adreno720」，利用Android操作系統(tǒng)來運(yùn)行。
這個(gè)課題對(duì)進(jìn)公司才2個(gè)月的年輕工程師來說有點(diǎn)難。但宇野卻說「確實(shí)最開始覺得這個(gè)課題挺難的。但4月和5月一直在參加講座，好不容易有能動(dòng)手的課題，感到非常高興?！?br>
圖2 Smart Module和它的評(píng)價(jià)板
開發(fā)時(shí)間僅3個(gè)半月
完成開發(fā)的日期已經(jīng)確定。那是一個(gè)將于約5個(gè)月后，在2023年10月下旬舉行的展覽會(huì)。在展覽會(huì)上必須要展示自動(dòng)售貨機(jī)的原型?？紤]到實(shí)際生產(chǎn)所開發(fā)的自動(dòng)售貨機(jī)所需的時(shí)間，開發(fā)最晚要在9月中旬完成；也就是說，實(shí)際的開發(fā)時(shí)間只有三個(gè)半月。
開發(fā)項(xiàng)目主要有兩個(gè)。一個(gè)是影像接口的擴(kuò)展，這對(duì)于實(shí)現(xiàn)智能手機(jī)化自動(dòng)售貨機(jī)至關(guān)重要。具體來說，連接Smart Module和監(jiān)控?cái)z像頭的影像接口以及連接Smart Module和液晶面板的接口之間的傳輸距離必須延長(zhǎng)至2米左右。另一個(gè)則是Android操作系統(tǒng)APP的開發(fā)。具體地說需要一個(gè)在監(jiān)控/預(yù)防犯罪用攝像頭畫面和廣告之間切換，并能執(zhí)行二維碼支付的APP。
這兩個(gè)開發(fā)項(xiàng)目必須在短短三個(gè)半月內(nèi)完成。不過宇野并沒與焦急。因?yàn)門Hine Electronics推出了「MIPI相機(jī)SerDes入門套件（以下簡(jiǎn)稱入門套件）」。這次，我們使用符合「V-by-One HS」或「V-by-One HS II (*1)」規(guī)格的SerDes芯片（串行IC和解串IC）作為擴(kuò)展影像接口的方法。具體來說就是將串行IC「THCV241A」和解串IC「THCV242A」用于連接Smart Module和監(jiān)控/預(yù)防犯罪攝像頭的影像接口，而連接Smart Module和LCD面板的影像接口則采用觸控屏的理想解決方案--串行IC「THCV333」和解串IC「THCV334」。
無論哪種情況都需要根據(jù)影像接口的傳輸速度、影像/控制信號(hào)的配置等，來記述寫入串行IC和解串IC寄存器的代碼。但這次使用的入門套件還附帶了保證正確操作的寄存器代碼。當(dāng)然這個(gè)寄存器代碼不能直接使用，需要根據(jù)適用的系統(tǒng)進(jìn)行修改。
＃＃（注釋）
(*1) V-by-One HS II不會(huì)在不同的差動(dòng)線上傳輸影像信號(hào)和控制信號(hào)，而是通過疊加控制信號(hào)到影像信號(hào)上，在一組差動(dòng)線上進(jìn)行傳輸?shù)慕涌谝?guī)格。
開發(fā)項(xiàng)目主要有兩個(gè)。一個(gè)是影像接口的擴(kuò)展，這對(duì)于實(shí)現(xiàn)智能手機(jī)化自動(dòng)售貨機(jī)至關(guān)重要。具體來說，連接Smart Module和監(jiān)控?cái)z像頭的影像接口以及連接Smart Module和液晶面板的接口之間的傳輸距離必須延長(zhǎng)至2米左右。另一個(gè)則是Android操作系統(tǒng)APP的開發(fā)。具體地說需要一個(gè)在監(jiān)控/預(yù)防犯罪用攝像頭畫面和廣告之間切換，并能執(zhí)行二維碼支付的APP。
這兩個(gè)開發(fā)項(xiàng)目必須在短短三個(gè)半月內(nèi)完成。不過宇野并沒與焦急。因?yàn)門Hine Electronics推出了「MIPI相機(jī)SerDes入門套件（以下簡(jiǎn)稱入門套件）」。這次，我們使用符合「V-by-One HS」或「V-by-One HS II (*1)」規(guī)格的SerDes芯片（串行IC和解串IC）作為擴(kuò)展影像接口的方法。具體來說就是將串行IC「THCV241A」和解串IC「THCV242A」用于連接Smart Module和監(jiān)控/預(yù)防犯罪攝像頭的影像接口，而連接Smart Module和LCD面板的影像接口則采用觸控屏的理想解決方案--串行IC「THCV333」和解串IC「THCV334」。
無論哪種情況都需要根據(jù)影像接口的傳輸速度、影像/控制信號(hào)的配置等，來記述寫入串行IC和解串IC寄存器的代碼。但這次使用的入門套件還附帶了保證正確操作的寄存器代碼。當(dāng)然這個(gè)寄存器代碼不能直接使用，需要根據(jù)適用的系統(tǒng)進(jìn)行修改。
＃＃（注釋）
(*1) V-by-One HS II不會(huì)在不同的差動(dòng)線上傳輸影像信號(hào)和控制信號(hào)，而是通過疊加控制信號(hào)到影像信號(hào)上，在一組差動(dòng)線上進(jìn)行傳輸?shù)慕涌谝?guī)格。
發(fā)生問題的原因出乎意料???
有了入門套件的幫助，開發(fā)很順利。但是好事多磨，問題突然就發(fā)生了：監(jiān)控/預(yù)防犯罪用攝像頭無法工作。即使重新打開電源或重新連接都沒有反應(yīng)。
為什么它不工作呢？實(shí)際上宇野自己設(shè)計(jì)了連接Smart Module的MIPI輸入和串行IC的MIPI輸出的轉(zhuǎn)換板，并委托外部公司制造。也許是他的設(shè)計(jì)有錯(cuò)誤；但仔細(xì)檢查后沒發(fā)現(xiàn)有什么錯(cuò)誤。接下來懷疑的是從Smart Module發(fā)送過來的控制監(jiān)控?cái)z像頭的I2C信號(hào)，可能信號(hào)沒有送達(dá)或者不正確。于是用示波器仔細(xì)檢查了I2C信號(hào)的波形，結(jié)果發(fā)現(xiàn)I2C信號(hào)并沒有問題。
已經(jīng)想不到其他可能導(dǎo)致問題的原因了，所以決定再次檢查全部?jī)?nèi)容；然后發(fā)現(xiàn)有些回路的設(shè)計(jì)意圖無法確認(rèn)。它是相機(jī)的時(shí)鐘振蕩回路，這是OJT導(dǎo)師給他作為參考的回路。仔細(xì)檢查這個(gè)時(shí)鐘振蕩回路后，發(fā)現(xiàn)低通濾波器的截?cái)囝l率太低，切斷了時(shí)鐘信號(hào)。也就是說無法給相機(jī)提供時(shí)鐘信號(hào)，這樣當(dāng)然無法工作。所以重新檢查了構(gòu)成時(shí)鐘振蕩回路的電阻和電容的回路常數(shù)，修正到最佳值，監(jiān)控/預(yù)防犯罪用攝像頭就能正常工作了?！赴l(fā)生這個(gè)問題是因?yàn)槿狈贤?。我誤以為導(dǎo)師給我的時(shí)鐘振蕩回路是有實(shí)際應(yīng)用業(yè)績(jī)的，于是直接拿來就這么用了，這才導(dǎo)致了問題發(fā)生。但經(jīng)歷過這些問題也得到了意想不到的收獲。為了找到問題原因我用示波器多次觀察I2C信號(hào)，于是對(duì)I2C信號(hào)了解了更多?！?/div>
為什么它不工作呢？實(shí)際上宇野自己設(shè)計(jì)了連接Smart Module的MIPI輸入和串行IC的MIPI輸出的轉(zhuǎn)換板，并委托外部公司制造。也許是他的設(shè)計(jì)有錯(cuò)誤；但仔細(xì)檢查后沒發(fā)現(xiàn)有什么錯(cuò)誤。接下來懷疑的是從Smart Module發(fā)送過來的控制監(jiān)控?cái)z像頭的I2C信號(hào)，可能信號(hào)沒有送達(dá)或者不正確。于是用示波器仔細(xì)檢查了I2C信號(hào)的波形，結(jié)果發(fā)現(xiàn)I2C信號(hào)并沒有問題。
已經(jīng)想不到其他可能導(dǎo)致問題的原因了，所以決定再次檢查全部?jī)?nèi)容；然后發(fā)現(xiàn)有些回路的設(shè)計(jì)意圖無法確認(rèn)。它是相機(jī)的時(shí)鐘振蕩回路，這是OJT導(dǎo)師給他作為參考的回路。仔細(xì)檢查這個(gè)時(shí)鐘振蕩回路后，發(fā)現(xiàn)低通濾波器的截?cái)囝l率太低，切斷了時(shí)鐘信號(hào)。也就是說無法給相機(jī)提供時(shí)鐘信號(hào)，這樣當(dāng)然無法工作。所以重新檢查了構(gòu)成時(shí)鐘振蕩回路的電阻和電容的回路常數(shù)，修正到最佳值，監(jiān)控/預(yù)防犯罪用攝像頭就能正常工作了?！赴l(fā)生這個(gè)問題是因?yàn)槿狈贤?。我誤以為導(dǎo)師給我的時(shí)鐘振蕩回路是有實(shí)際應(yīng)用業(yè)績(jī)的，于是直接拿來就這么用了，這才導(dǎo)致了問題發(fā)生。但經(jīng)歷過這些問題也得到了意想不到的收獲。為了找到問題原因我用示波器多次觀察I2C信號(hào)，于是對(duì)I2C信號(hào)了解了更多?！?/div>
顯示器壞了么？
將顯示器連接到Smart Module并檢查影響是否可以正常顯示時(shí)，結(jié)果根本無法顯示任何影像。檢查了一下顯示器，顯示器似乎壞了。為什么壞了呢？找不到原因。
所以他重新檢查了從Smart Module到顯示器的設(shè)計(jì)。然后意想不到的事發(fā)生了：在檢查Smart Module時(shí)，發(fā)現(xiàn)在數(shù)據(jù)圖表中寫著「NC（No Connect）」的信號(hào)端子卻輸出了大約1V的電壓。一般來說，NC端子的意思是「沒有沖壓連接到封裝內(nèi)部」的意思。也就是說它在電力上是浮動(dòng)的，可以連接到地面。但NC端子這種說法有時(shí)也意味著「不能連接到外部」。也就是說在Smart Module上它似乎使用的是后者的定義。因此，通過物理斷開NC端子使其無法連接地面后，就能在顯示器上正常顯影了。
在排除了上述兩個(gè)問題后，硬件開發(fā)在9月中旬全部完成（圖3）。
其實(shí)八月中旬大部分的事情都已告一段落。但顯示器卻遲遲未能到手，也就是說實(shí)際是等了一段時(shí)間的。利用這段時(shí)間宇野開始開發(fā)APP。事實(shí)上這是宇野第一次開發(fā)APP，但他邊研讀了好幾本教科書邊進(jìn)行開發(fā)，最后在1個(gè)月不到的時(shí)間內(nèi)完成了所有APP的開發(fā)。也就是說所有開發(fā)都如期在9月中旬完成了，并且結(jié)果比預(yù)期要來得好。
所以他重新檢查了從Smart Module到顯示器的設(shè)計(jì)。然后意想不到的事發(fā)生了：在檢查Smart Module時(shí)，發(fā)現(xiàn)在數(shù)據(jù)圖表中寫著「NC（No Connect）」的信號(hào)端子卻輸出了大約1V的電壓。一般來說，NC端子的意思是「沒有沖壓連接到封裝內(nèi)部」的意思。也就是說它在電力上是浮動(dòng)的，可以連接到地面。但NC端子這種說法有時(shí)也意味著「不能連接到外部」。也就是說在Smart Module上它似乎使用的是后者的定義。因此，通過物理斷開NC端子使其無法連接地面后，就能在顯示器上正常顯影了。
在排除了上述兩個(gè)問題后，硬件開發(fā)在9月中旬全部完成（圖3）。
圖３ 為「智能手機(jī)化自動(dòng)售貨機(jī)」開發(fā)的內(nèi)部系統(tǒng)
其實(shí)八月中旬大部分的事情都已告一段落。但顯示器卻遲遲未能到手，也就是說實(shí)際是等了一段時(shí)間的。利用這段時(shí)間宇野開始開發(fā)APP。事實(shí)上這是宇野第一次開發(fā)APP，但他邊研讀了好幾本教科書邊進(jìn)行開發(fā)，最后在1個(gè)月不到的時(shí)間內(nèi)完成了所有APP的開發(fā)。也就是說所有開發(fā)都如期在9月中旬完成了，并且結(jié)果比預(yù)期要來得好。
朝著夢(mèng)想進(jìn)發(fā)
在2023年10月底舉行的展覽會(huì)上，宇野忙著在他開發(fā)的「智能手機(jī)化的自動(dòng)售貨機(jī)」（圖4）前向參觀者進(jìn)行說明。
參觀者們有著濃厚的興趣。「不僅是自動(dòng)售貨機(jī)，包括便利店和超市使用的自助結(jié)賬機(jī)（POS終端）也連接了監(jiān)控?cái)z像頭，越來越智能手機(jī)化。這一趨勢(shì)正在受到高度關(guān)注?！?br> 宇野的在職訓(xùn)練于10月底結(jié)束，11月1日開始在所屬部門工作。該部分將負(fù)責(zé)IC開發(fā)/設(shè)計(jì)，他加入公司時(shí)的愿望實(shí)現(xiàn)了。在那里，他將從頭開始學(xué)習(xí)IC開發(fā)/設(shè)計(jì)，他還有更遠(yuǎn)大的夢(mèng)想。「有一天我想成為主導(dǎo)IC整體的開發(fā)/設(shè)計(jì)的工程師，想為世界設(shè)計(jì)出更多能讓全球更多人使用的IC?！?br>
以上
圖4 「智能手機(jī)化自動(dòng)售貨機(jī)」
參觀者們有著濃厚的興趣。「不僅是自動(dòng)售貨機(jī)，包括便利店和超市使用的自助結(jié)賬機(jī)（POS終端）也連接了監(jiān)控?cái)z像頭，越來越智能手機(jī)化。這一趨勢(shì)正在受到高度關(guān)注?！?br> 宇野的在職訓(xùn)練于10月底結(jié)束，11月1日開始在所屬部門工作。該部分將負(fù)責(zé)IC開發(fā)/設(shè)計(jì)，他加入公司時(shí)的愿望實(shí)現(xiàn)了。在那里，他將從頭開始學(xué)習(xí)IC開發(fā)/設(shè)計(jì)，他還有更遠(yuǎn)大的夢(mèng)想。「有一天我想成為主導(dǎo)IC整體的開發(fā)/設(shè)計(jì)的工程師，想為世界設(shè)計(jì)出更多能讓全球更多人使用的IC?！?br>
以上
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