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艾为推出笔记本小红点(TrackPoint)解决方案,高精度压感打造触觉交互“芯”体验

发布时间:2024-05-15

小红点(TrackPoint)首先出现在IBM ThinkPad 700C笔记本电脑中,于1992年问世。随后,小红点在ThinkPad笔记本电脑中得到了广泛的应用,并且一直深受用户的喜爱,并迅速成为ThinkPad笔记本电脑的标志性设备之一。


小红点的工作原理是通过精确控制压力来控制光标的移动,使用者可以通过轻轻按压指点杆来移动光标。其优点在于:

  • 提高工作效率:免于频繁在键盘与触控板或鼠标间切换
  • 符合人体工学设计:指尖轻移即可实现精准定位,有效避免因长期使用触控板导致食指皮肤受损,或过度使用鼠标引发腕部不适
  • 减轻负重:舍弃鼠标,符合移动办公的初衷
  • 节省电力:有线鼠标的光学或激光定位技术增加电力消耗。无线鼠标通过蓝牙或RF进行无线通信,消耗独立电源,用户仍需时刻关注鼠标的电量,影响使用体验


艾为小红点(Trackpoint)解决方案


艾为电子结合压力SOC(AW86803)和压力传感器的压感技术方案,实现具有市场竞争力的艾为小红点解决方案。艾为小红点解决方案主要包含以下几种功能:

  1. 小红点的压力检测
  2. 压力值光标坐标转换
  3. 固件升级更新(UEFI Capsule)

在Windows系统下,艾为小红点解决方案满足Windows系统中对于小红点的所有规格标准,在小红点支杆下方的压力传感器,通过检测面板所承受的压力,实现对按压行为的判断。通过内部算法,将压力转换成光标的坐标值,控制光标的移动,用户可以通过轻轻按压指点杆来移动光标。

▶ 艾为小红点整体解决方案示意图



  • 光标处理:Windows的鼠标子系统处理小红点上传的数据实现光标的应用
  • Setting APP:在系统设置中的应用程序和对应的驱动实现对小红点的参数配置
  • FMP Driver:通过Windows Update从远端服务器获取包含了Capsule的Windows驱动,实现小红点的固件在线升级
  • EC:EC提供相应的通信链路��需软硬件。小红点的固件按照用户的参数设定,形成对应的按键和光标数据,小红点包含Bootloader实现固件的在线升级
  • Trackpoint模组:小红点硬件模组中包含Force SoC以及压力传感器,通过PS/2硬件总线和GPIO连接至EC

01 压力检测实现原理

艾为小红点解决方案中所采用的压力按压,以艾为压力检测技术为基础,此技术也被广泛应用在智能穿戴、车载、智能家居等领域。

压力传感器有很多种,应用比较广泛的当属压阻式压力传感器,此传感器由高灵敏度压阻式柔性材料制作,当其受力的作用产生拉伸或者压缩时,其电阻值会发生显著变化,配合惠斯通桥式检测电路,可引起检测电路的差分电压发生变化。

压力检测实现原理图


定义Vd为V+与V-之间的电压差,Vs为外部激励电压,R2和R4为阻值固定的电阻,R1和R3为压力传感器的等效电阻,它的阻值会随传感器所受压力的变化而变化。根据电路基础知识可知,V+点的电压为:B点的电压为:Vd为两者相减。当压力传感器受力时,R3和R4发生变化,假设压力越大电阻越小,则压力越大,V+越大,V-越小,电压差Vd越大。


▶ 艾为AW8680X系列芯片

作为艾为小红点解决方案中的核心芯片,艾为AW8680X系列芯片不仅有多条模拟输入通道可用来连接压力传感器,还有丰富的GPIO和硬件通信接口资源用以外挂Haptic芯片等功能。

AW8680X系列芯片

配合多颗压力传感器的工作原理图

当用户在小红点表面施加一个力时,位于支杆下方的多颗压力传感器会产生对力的分担,压力使得传感器产生轻微的形变,进而改变其电阻,导致传感器周围的检测电路的电压发生变化,AW8680X的AFE模拟前端中的高精度ADC会对压力传感器周围的电压差进行采样,量化为数字量,再将这些原始数据传递给DSP数据处理芯片,DSP上运行的数据处理软件和压力算法会根据每一路传感器的采样值计算其所受到的压力,再推导出最终的合力。


02 光标速度实现原理

在艾为小红点解决方案中,AW8680X芯片会作为主控,外接压力传感器。小红点通过使用电阻式压力传感器来感应所施加的力,通过用手指的推动来决定光标移动的方向和速度,光标的移动速度取决于施加的力,通过AW8680X中DSP的算法,结合设定的参数,形成转换曲线,将压力转换成光标或指针速度。

压力和光标或指针速度之间的关系是可以调整的,如同调整鼠标的DPI值。

压力与光标/指针速度关系调整示意图

压力值和光标移动速度的关系示例图

纵轴是鼠标的移动速度,横轴是支杆上的施力。当施力很小的时候,鼠标会以图元单位移动。当施力增大时,鼠标的移动速度会提���,甚至可以瞬间从屏幕的最左边移动到最右边。


AW8680X的能够提供高精度的压力值,将压力值转换到光标的移动速度上时,能够将压力值进一步细分,并按照人力工学曲线,实现更加精细的光标移动速度,为用户提供更细腻、更贴合使用习惯的交互体验

03 UEFI Capsule固件更新

对于设备固件更新,出于安全性考虑,Flash设备在系统启动时是锁住的,在操作系统中直接更新Flash是不可行的。可行的方法是操作系统将待更新的固件信息发送到系统固件,在下一次启动过程中,系统在Flash设备上锁前更新固件,待更��的固件成为“Capsule”。

小红点的Capsule固件升级驱动,设计主要分为三个部分:

① 安装FMP实例

② 获取目标设备待更新固件映像的信息

③ 校验固件和调用FmpDeviceLib进入固件更新流程


下图为艾为小红点解决方案中,UEFI Capsule的示意图:

艾为小红点Capsule升级方案,固件程序升级包存放在远端服务器,同步Windows Update的升级策略同步进行升级,整个升级过程发生在开机过程中,所以用户无需自行寻找固件与工具去操作升级。该升级方案能有效避免在升级过程中,因固件工具错误、固件文件不匹配等情况导致升级失败,从而给用户提供更加安全、便捷、高效的使用体验。


04 小红点方案使用效果

  • 光标:触控小红点实现操控光标移动
    • 按键:实现左键单击,双击,右键
    • 滚轮:滚动屏幕方便查看
    • 设置:配置光标速度、灵敏度设置、支持压力分级
    • 在线固件升级:开机过程中,高效完成固件安全升级

    结语

    艾为电子基于压感技术打造的小红点解决方案,通过对Windows系统的深入理解,将压感技术应用在Windows平台,使小红点拥有更高的灵敏度。该方案新增压力分级和安全升级功能,为用户提供了更多的技术选择,提升使用体验。

    艾为电子的压感技术方案也延伸至Windows压感触控板应用领域,结合触控和Haptic芯片,为用户构建出一个三维立体、生动逼真的交互空间。此外,艾为的压感技术也被广泛应用在智能穿戴,车载、智能家居等领域,赋予用户高精度、高灵敏度的指尖交互体验。

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