可穿戴設備的圖形庫和應用由軟件控製，而硬件則由一個幀緩衝器控製
，後者是一個連續高吞吐量內存。幀緩衝器中的每一個存儲單元對應屏幕上的一個像素，像素強度由其電壓決定。

 

 

即使按照最保守的估計
，到2020年，市場對物聯網(IoT)和可穿戴設備的需求將增長三倍。這意味著全球將有500億件設備。這將催生對新一代顯示器驅動器和幀緩衝器(一種與傳統顯示器中所使用的內存不同的內存)的需求。雖然嵌入式RAM能夠滿足初代可穿戴設備的需要
，但當今的高清和大型可穿戴顯示器需要大得多的幀緩衝內存。這些要求不同於傳統的PChedianshixianshiqi，yinweitamenshiyongdianchigongdian，nengxiaoshizhuyaodeshejiyueshutiaojian。daduoshuzuixindekechuandaishebeijiangjubeijigaodekongjianxiaolvhenengxiao，yizhiyutamenjiangnengzaichongmandianhoulianxugongzuoshutianshenzhishuzhou，tongshihainengwanchenggezhongfuzadecaozuo。zhejiushiwomenweihexuyaoxinyidaixianshiqiqudongqideyuanyinsuozai。

　　

為了了解可穿戴設備的幀緩衝器要求，讓我們首先研究一下圖形係統的架構。每一個圖形係統都由三個組件構成：硬件
、圖形庫和一個使用它的應用。

　　

圖tu形xing庫ku和he應ying用yong由you軟ruan件jian控kong製zhi
，而er硬ying件jian則ze由you一yi個ge幀zhen緩huan衝chong器qi控kong製zhi，後hou者zhe是shi一yi個ge連lian續xu高gao吞tun吐tu量liang內nei存cun。幀zhen緩huan衝chong器qi中zhong的de每mei一yi個ge存cun儲chu單dan元yuan對dui應ying屏ping幕mu上shang的de一yi個ge像xiang素su。像xiang素su強qiang度du由you其qi電dian壓ya決jue定ding。

　　

顯示器的分辨率由以下因素決定：

　　

掃描行數

每行的像素數

每個像素的位數

　　

以1024x768 24位圖像為例
，它是PC最常用的屏幕分辨率。

　　

1024 X 768 X 24 = 18.9Mb

 

這(zhe)是(shi)幀(zhen)緩(huan)衝(chong)器(qi)支(zhi)持(chi)這(zhe)種(zhong)顯(xian)示(shi)器(qi)所(suo)需(xu)的(de)最(zui)小(xiao)容(rong)量(liang)。盡(jin)管(guan)如(ru)此(ci)，如(ru)果(guo)它(ta)是(shi)一(yi)個(ge)具(ju)備(bei)視(shi)頻(pin)功(gong)能(neng)的(de)動(dong)態(tai)顯(xian)示(shi)器(qi)，僅(jin)有(you)一(yi)個(ge)這(zhe)樣(yang)容(rong)量(liang)的(de)內(nei)存(cun)還(hai)不(bu)夠(gou)。這(zhe)給(gei)幀(zhen)緩(huan)衝(chong)器(qi)提(ti)出(chu)了(le)吞(tun)吐(tu)量(liang)要(yao)求(qiu)。

　　

對於上述分辨率下的一個每秒30幀(fps)的視頻而言
，最大吞吐量是：18.9 x 30 = 566Mbps。

　　

如上所述，幀緩衝器中的每一個存儲單元對應屏幕上的一個像素。對於一個n位彩色顯示器而言，n位中的每一位是一個單獨的位平麵(例如
，24位色有24個位平麵)。N個存儲單元將存儲每個像素的狀態，來自每個n位平麵的二進製值被加載到存儲器中的對應位置。最終的二進製數被詮釋為0到2n – 1之間的一個強度值，然後被一個數模轉換器轉換為一個0到最大電壓之間的模擬電壓值，從而實現2n種強度。

　　

兩個因素決定了顯示器所使用的幀緩衝器類型：容量和吞吐量。增加圖像的分辨率需要更大的內存

，而增加視頻的fps需要更高的吞吐量。有兩種方法滿足這個要求：增加幀緩衝器的容量和吞吐量，或者通過增加幀緩衝器的容量降低吞吐量(例如，將前者增加一倍，將後者減半)。通過增加幀緩衝器的容量(通常是在一個芯片中集成多個幀緩衝器)

，我們能夠降低吞吐量，因為芯片必需經曆的輸入-輸出周期減少了。例如，將容量增加一倍後，兩個幀可被同時存儲在一個緩衝器中
，這意味著給定時間內該緩衝器被調用/引用的次數減少了一半，因此實現了較低的吞吐量。因此，內存分為兩類：高密度和高吞吐量。這方麵的內容將在本文稍後討論。

 

 

仔細觀察Nvidia和AMD的最新一代計算機圖形處理器(GPU)的規格後
，我們發現內存容量大幅增加，通常達到數個GB。這是因為大多數現代GPU是為遊戲和高清渲染應用而設計的
，此外還有很多占用內存空間的額外功能：MSAA(使用采樣頻率成倍增加緩衝器的容量)、預取
、影子緩衝器
、延遲渲染和特效。即使窗口滾動等我們習以為常的功能也需要占用額外的緩衝空間。大多數遊戲緩衝器采用三重緩衝(每個幀使用三個緩衝器)和HDR(正常的HDR深度是64位，而非24位)。很多這些高端GPU還支持多個高清顯示器，這意味著為每個顯示器內置一個專用緩衝器。

　　

但是，由於它們的顯示器較小，大多數可穿戴設備和便攜設備還不需要這些功能。理想的方法是將MCU的嵌入式內存資源用作幀緩衝器。它將擁有最高的吞吐量
，而且最容易實現。但是
，對於可穿戴設備中的新一代顯示器而言，大多數MCU的內存還不夠。此外，日益增高的程序複雜性要求將更大的嵌入式內存用作MCU的一級高速緩存。對於大多數當代可穿戴設備而言，顯示器的分辨率為QVGA(Quarter Video Graphics Array-四分之一視頻圖形陣列)，而對於這些顯示器而言，以下規格將夠用：24位| 480*360 | 30fps。對於可穿戴設備的顯示器而言，它們意味著每英寸像素數(ppi)達到300個。這種顯示器對內存的要求是吞吐量為120 Mbps的4Mb內存。但是， 未來的設備將配備分辨率高得多的顯示器，超過400 ppi，與眾多最新一代的手機相當。對於尺寸相同的顯示器而言，日益增高的ppi意味著幀緩衝器的容量也要相應增加。

 

如上所述，有兩種方法實現這個容量的幀緩衝器：吞吐量約為120 Mbps 的4Mb緩衝器或吞吐量約為30Mbps的16Mb緩衝器。在這兩種方法中

，小容量緩衝器具備眾多好處-尺寸更小(芯片或CSP)、功耗更低、成本更低
、選擇更多(隨著容量密度越來越大，廠商和產品種類會越來越少)。對於可穿戴設備而言
，尺寸、功耗和成本是所有設備組件的最重要的決定因素。

　　

應用最廣泛的幀緩衝內存是動態RAM(DRAM)，雖然常見的最高性能的內存是靜態RAM(SRAM)。DRAM的功耗高於SRAM，吞吐量低於後者。雖然SRAM的性能極高，是最新一代便攜設備的理想選擇
，但大多數電池支持型設備並未使用它們，這是因為SRAM的產品種類較少，僅有低密度產品，最大128Mb。SRAM存儲單元的結構較複雜，由6個晶體管構成，而DRAM存儲單元由1個晶體管 + 1個電容器構成。這就是SRAM在增加密度上受限的原因所在，而這已經被證明是其最大的局限性。雖然SRAM因這個局限性未被應用於傳統的消費電子設備(PC、電視、手機等)
，但考慮到可穿戴設備所需的幀緩衝內存容量較小，SRAM對於可穿戴設備而言並非壞事。此外，在這些設備中
，較高的性能(較高的吞吐量等同於較低的功耗)也是SRAM的一大優勢。

　　

隨著對高性能尤其是低功耗的需求的歸來，曾被視為已絕跡的內存類型-SRAM-似乎要重振雄風。您可以閱讀這篇文章 ，了解新一代可穿戴和物聯網設備中的SRAM。文章闡述了SRAM超越幀緩衝的用途：從內存擴容到數據記錄。

　　

很多領先的SRAM廠商推出了一係列創新技術，主要是為了滿足可穿戴係統的需求：從更高的可靠性到新的封裝形式。在高清視頻錄製和處理領域
，賽普拉斯也有一個不同凡反響的HD幀緩衝器係列。欲詳細了解幀緩衝內存的配置和HD幀緩衝器係列
，請參閱以下應用指南：在視頻和成像應用中使用高密度可編程FIFO。