과거에 휴먼-머신 인터페이스(Human Machine Interface: HMI)는 사용자가 기계와 통신할 수 있는 버튼, 스위치, 표시등이 있는 물리적 제어 패널로 구성되었다. 기술의 발전과 함께 사용자는 프로세스를 모니터링하고 디스플레이에 표시되는 상태 정보를 보고 명령을 보낼 수 있게 되었다. 또한, 이제 HMI 애플리케이션은 텔레비전을 제어할 때 사용되는 스마트폰 앱, 차량의 음성 명령, 병원에서의 환자 모니터링, 스마트 공장의 터치스크린 제어 패널을 포함하여 어디에서나 볼 수 있다.
이렇듯 우리의 일상 생활에서 기계와의 접점이 계속 증가하고 있다. 그렇다면 HMI의 미래는 어떤 모습일까? 차세대 HMI는 데이터 수집, 제어 기능은 물론, 단순한 휴먼-머신 인터페이스를 넘어서 기계가 지능적으로 작동하고, 인간과 커뮤니케이션 할 수 있는 범위까지 넓어질 것이다.
데모영상: TI Arm® 기반 AM62x 프로세서 및 IWR6843AOP TImmWave 센서를 특징으로 하는 스마트하고 터치가 필요없는 건물 액세스의 데모영상
인간과 기계의 상호작용을 위해서는 HMI를 구현하는 프로세서에 대한 새로운 과제와 함께 대화형 스마트 애플리케이션이 필요하다. 차세대 HMI에 대한 세 가지 고려 사항에 대해 살펴보자.
1. 에지에서 AI로 새로운 기능 지원
차세대 HMI 설계는 새로운 기능을 지원하기 위해 에지 인공지능(AI)을 이용한다. 예를 들어, 머신 비전은 그림 1과 같이 얼굴 인식을 통해 기계에 대한 액세스 권한을 통제하거나 제스처 인식 기능을 통해 화면 터치없이 작동이 가능하다. 또한 HMI 설계에 머신 비전과 같은 에지 AI 기능을 추가하면 현재 시스템 상태와 예측 유지보수와 관련된 정보를 더 정확하게 분석할 수 있다. 새로운 HMI 애플리케이션을 생성할 때는 에지 AI 애플리케이션 개발을 위한 노력은 물론 프로세서 기능도 고려해야 한다.
그림 1: 제스처 인식을 사용하여 지능형 HMI 시스템과 상호 작용하는 의료 전문가
2. 성능과 전력의 균형
싱글 칩에서의 높은 수준의 통합은 특히 에지 AI 기능이 완전히 구현된 경우 디바이스 전력 소비에 영향을 미친다. 스마트 설계, 특히 혹독한 환경에서 요구되는 소형 폼 팩터는 최종 제품의 전력 소비의 복잡성을 한층 더 증가시킨다. 설계자는 전체 시스템 비용을 늘리지 않으면서 열 관리를 염두에 두고 전력 효율이 우수한 설계를 해야한다. 최적화된 전력 설계에는 제품의 수명 연장을 위한 초저전력 및 다중 저전력 모드가 포함되어야 한다.
3. 스마트 커넥티비티와 차별화된 디스플레이 지원 통합
또한 필드 레벨 디바이스와 센서 수의 증가, 새로운 실시간 산업 통신 프로토콜의 등장으로 새로운 HMI 애플리케이션에 대한 과제가 제기되고 있다. 예를 들어 스마트 공장의 HMI는 다른 디바이스 및 기계와 통신해야 하므로 HMI 설계에는 커넥티비티와 제어 기능이 필요하다. 디스플레이는 HMI의 또 다른 설계 고려사항이며 인간과 기계 사이의 통신을 향상시키는 고유한 기능과 방법을 제공할 수 있다.
HMI 설계에 TI의 새로운 프로세서 제품군 적용
HMI가 계속해서 발전함에 따라 애플리케이션 이면의 프로세서 기술이 이러한 발전을 구현할 수 있는 기술이 준비가 되어 있어야 한다. 많은 산업용 기기에 적용되는 저전력을 고려하여 설계된 TI의 Sitara AM62 프로세서 제품군의 첫 번째 디바이스인 AM625 및 AM623 프로세서는 차세대 HMI를 고려하여 듀얼 디스플레이와 소형 애플리케이션에서 전력 효율적인 에지 AI 처리 방식을 제공한다.
AM62 프로세서는 최대 1.4GHz 플랫폼까지 확장 가능한 싱글-쿼드 코어 Arm® Cortex®-A53과 TensorFlow를 지원하는 메인라인 Linux®를 통해 에지 AI 기능의 구현을 강화한다. 소프트웨어와 즉시 사용 가능한 데모는 AM62 프로세서에서 에지 AI 애플리케이션을 평가하는 프로세스를 간소화하고, 에지 AI 개발 리소스와 아카데미는 설계에 들어가는 노력과 시간을 줄이는 데 도움이 된다.
프로세서의 최적화된 전원 설계는 이전 버전 대비 30% 더 낮은 코어 전압을 지원하여 시스템 전력 소비를 최대 50%까지 줄이는 동시에 더 뛰어난 성능을 제공한다. 간소화된 하드웨어 설계는 컴팩트한 사이즈에서 비용 효율적인 시스템 솔루션을 구현한다. 코어 전력에서 7mW 정도로 낮은 다중 전력 모드는 휴대용 전원과 배터리 전원 설계를 가능하게 한다.
AM62 프로세서가 시스템 전력 소비를 줄이는 방법
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"AM62x 프로세서를 사용한 저전력 임베디드 시스템 구현" 백서에서 AM62 전원 관리 기능, 아키텍처 고려 사항, 전력 소비에 대해 자세히 알아보기 |
범용 비동기 송수신기, 직렬 주변 장치 인터페이스, I2C를 포함한 온칩 리소스는 널리 사용되는 산업용 센서 또는 컨트롤러에 대한 다양한 연결 옵션을 제공한다. AM62 프로세서는 또한 타사 에코시스템과 함께 듀얼 이더넷 지원과 EtherCAT 마스터 지원을 제공한다.
AM62 프로세서는 비용 효율적인 RGB888과 2K 및 풀 HD 디스플레이를 지원하는 저전압 차동 신호 인터페이스를 비롯한 다양한 디스플레이 인터페이스를 지원한다. 듀얼 디스플레이 기능은 설계 유연성을 제공하고 혁신을 가능하게 한다.
결론
HMI의 미래는 다양한 환경과 애플리케이션에서 휴먼-머신 통신에 인텔리전스와 혁신을 가져올 것이다. 의료 전문가가 무균 환경을 유지하기 위해 화면을 탭하는 대신 음성으로 환자 모니터링 시스템과 상호 작용할 수 있는 수술실, 또는 작업자가 제스처 하나로 제어판을 사용할 수 있는 공장의 모습을 상상해 볼 수 있다. AM62 프로세서 제품군을 통해 차세대 HMI 설계를 시작해보자.
스티븐 류 (Steven Liu), TI Sitara MPU 엔지니어
