GDC改善汽車(chē)圖像系統(tǒng)

圖像顯示控制器(GDC)具有多種人機(jī)接口，是汽車(chē)信息系統(tǒng)的核心引擎。DGC最開(kāi)始是為高檔車(chē)的導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計(jì)的，現(xiàn)已普及至中、低檔汽車(chē)。車(chē)用GDC組合了汽車(chē)環(huán)境要求的多種功能，其主要功能是在顯示豐富的圖像內(nèi)容時(shí)控制LCD面板，其它功能包括視點(diǎn)導(dǎo)航、模擬測(cè)量?jī)x表與兩刷的實(shí)時(shí)顯示，以及其它對(duì)主CPU工作不構(gòu)成太大壓力的信息顯示。

　　車(chē)用GDC與臺(tái)式圖像控制器不同，它是為小屏幕、低分辨率嵌入式應(yīng)用設(shè)計(jì)的，其分辨率在基本信息顯示時(shí)通常限于CIF(320×240)，對(duì)儀表盤(pán)應(yīng)用采取超寬度VGA(1240×480)。考慮到小屏幕上需要顯示的信息量以及其清晰程度，車(chē)用環(huán)境也有一些特殊的問(wèn)題。GDC采用多層顯示與多種透明度的選擇方案，讓觀察者同一時(shí)間看到多個(gè)屏幕視圖，并隨時(shí)查閱下面的屏幕視圖，提高顯示的效率。屏幕可以重新設(shè)定尺寸，在顯示區(qū)域內(nèi)隨意地移動(dòng)圖形，這與Windows臺(tái)式系統(tǒng)是類(lèi)似的。

　　性能分級(jí)

　　GDC是與MCU一起工作的，型號(hào)眾多，性能各異。在性能上有五種不同的級(jí)別。

　　基本GDC包括一個(gè)簡(jiǎn)單的幀緩沖存儲(chǔ)器和一個(gè)控制器來(lái)產(chǎn)生要顯示的信號(hào)。主控制器處理作圖功能，手控修改緩沖器中顯示幀內(nèi)容。稍復(fù)雜的包括幀緩沖器和一個(gè)基本2D功能的作圖引擎，完成畫(huà)線、畫(huà)多邊形基本功能。這一類(lèi)GDC可以疊加二或三層視圖，在它們之間完成阿爾法混合。

　　第三級(jí)復(fù)雜度GDC可重疊4-6層圖像，有硬件光標(biāo)，實(shí)現(xiàn)阿爾法混合和阿爾法平面功能，以及全部作圖功能。

　　第四級(jí)GDC又增加了下列功能：幾何圖形處理器與作圖引擎實(shí)現(xiàn)的2D/3D作圖引擎，內(nèi)部工作頻率為100-200MHz，大大地提高了作圖速度，顯示點(diǎn)時(shí)鐘達(dá)400MHz。典型的器件是富士通MB86296。

　　最后，高級(jí)GDC，如富士通32位MB86R01，能提供更多的多媒體功能：包括A/V譯碼等多項(xiàng)A/V功能;可編程圖像霧化、加亮和色調(diào)、陰影;有更高與更快的轉(zhuǎn)換速率。

　　在選擇GDC時(shí)，分配給CPU的處理量有多大也是十分重要的。倘若主CPU具有400MIP的能力，甚至更高，那末就有可能上CPU執(zhí)行更多的幾何圖形操作;而使用一個(gè)簡(jiǎn)單的GDC來(lái)進(jìn)行位圖形操作。如果主CPU的指令速度沒(méi)有那么快，解決方案只能是使用功能強(qiáng)的GDC。選擇處理器取決于待顯示圖像或圖形的復(fù)雜程度，主CPU與GDC是要協(xié)調(diào)地工作的。

　　無(wú)論選用那個(gè)級(jí)別的GDC，其功耗也是重要的考慮因素。現(xiàn)今，多數(shù)最新型的GDC僅消耗2.3W功率，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于早期的那些器件，GDC的效率和性能還在不斷的提高中。

　　存儲(chǔ)器至關(guān)重要

　　圖像存儲(chǔ)器是GDC系統(tǒng)的重要組件之一。這旨保存全部圖像信息的緩沖區(qū)域，也是提高圖像再現(xiàn)效率的重要因素。在面板上要顯示的幀數(shù)據(jù)是存儲(chǔ)在圖像存儲(chǔ)器中的，因而對(duì)幀數(shù)據(jù)及時(shí)地又可靠地傳送至視頻輸出接口有直接的關(guān)系。存儲(chǔ)在圖像存儲(chǔ)器中的各種類(lèi)型數(shù)據(jù)有：作圖幀;作圖幀的一個(gè)子集，顯示幀;3D作圖用到的Z緩沖數(shù)據(jù);視頻捕捉緩沖器，一個(gè)從視頻輸入接口暫存的每個(gè)像素16位的區(qū)域;多邊形作圖標(biāo)志緩沖器，在多邊形作圖時(shí)需要的每個(gè)像素1位信息;顯示列表緩沖器，紋理映射與光標(biāo)圖形等。

　　存儲(chǔ)在圖像存儲(chǔ)器中的信息眾多，使用信息的任務(wù)在存取時(shí)按優(yōu)先級(jí)別操作：

　　1、 顯示幀刷新;

　　2、 視頻捕捉;

　　3、 顯示數(shù)據(jù)處理;

　　4、 主CPU訪問(wèn)(顯示列表、紋理映射與位映射);

　　5、 作圖訪問(wèn)(如Z緩沖與多邊形標(biāo)志緩沖)。

　　顯示幀刷新以每秒50-60次更新顯示面板的內(nèi)容。該任務(wù)需傳輸大量的數(shù)據(jù)，直接影響人機(jī)接口，因而被賦于最高優(yōu)先權(quán)。

　　視頻捕捉將輸入視頻數(shù)據(jù)緩沖至圖像存儲(chǔ)器。顯示處理包含與顯示控制器有關(guān)的各種處理過(guò)程，如顯示阿爾法混合、重疊與光標(biāo)圖形處理。主CPU存取包括傳輸顯示列表、紋理映射與位映射。最后一步是作圖存取，它涉及Z緩沖器與多邊形標(biāo)志緩沖器的作圖幀更新。

　　大量數(shù)據(jù)進(jìn)出圖像存儲(chǔ)器接口，因而對(duì)該接口的帶寬要求是很高的。典型GDC的圖像存儲(chǔ)器帶寬為532Mbps。然而，一個(gè)存儲(chǔ)器讀/寫(xiě)需多個(gè)時(shí)鐘，因此有效帶寬僅為此值的二分之一或三分之二，假定時(shí)鐘頻率為133MHz、數(shù)據(jù)總線寬度為32位。同級(jí)GDC使用DDR-SDRAM技術(shù)，帶寬可提高一倍，甚至達(dá)到1Gbps。

　　除了存儲(chǔ)器接口，GDC還有CPU、視頻捕捉與視頻輸出接口(見(jiàn)圖1)。絕大多數(shù)數(shù)據(jù)要通過(guò)存儲(chǔ)器接口。顯示列表、位映射和紋理映射是由CPU 傳送給GDC的。CPU還可能要直接訪問(wèn)GDC的寄存器與存儲(chǔ)器。當(dāng)然，這些任務(wù)不會(huì)產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)。在PCI主接口(33MHz)場(chǎng)合，GDC通常具有 50Mbps的帶寬。另一方面，SRAM型主接口的帶寬超過(guò)100MHz，具體帶寬取決于總線時(shí)鐘頻率。

　　類(lèi)似地，視頻捕捉與視輸出接口的帶寬較存儲(chǔ)器

　　接口低。這些接口是為專(zhuān)用任務(wù)設(shè)置的，數(shù)據(jù)由視頻捕捉接口流入，從視頻輸出接口流出。從以上分析可知，存儲(chǔ)器接口是整個(gè)GDC系統(tǒng)的最大瓶頸，其體系結(jié)構(gòu)視GDC的目標(biāo)應(yīng)用而定。

　　性能優(yōu)化

　　GDC系統(tǒng)使用存儲(chǔ)器有兩種結(jié)構(gòu)：獨(dú)立存儲(chǔ)器與共享存儲(chǔ)器。前者，CPU與GDC分別設(shè)置一個(gè)存儲(chǔ)器，這樣可提高圖像性能，但增加了電路板面積。后者，CPU與GDC 共用一個(gè)存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)器增加了非圖像功能的任務(wù)，當(dāng)然會(huì)影響圖像性能。一個(gè)更佳的方法就是采用SoC，將CPU與GDC組合在一個(gè)芯片內(nèi)，在芯片內(nèi)更容易實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)通道，用于高帶寬CPU-GDC通信。

　　MB86R01(圖2)就是SoC器件，它內(nèi)置正規(guī)的2D/3D圖形控制器，高清晰且高速地執(zhí)行汽車(chē)導(dǎo)航和儀表盤(pán)所需的圖形處理;并采用在嵌入式市場(chǎng)上占有壓倒性份額的ARM內(nèi)核作為控制CPU，易于在系統(tǒng)中嵌入各種中間件和驅(qū)動(dòng)程序。它完全兼容2D/3D顯卡功能，除陰影、紋理、紋理映射等正規(guī)的3D繪圖以外，硬件還支持最適用于地圖的“粗線”、“虛線”、“斜線”。與圖形保真功能組合使用能夠繪制出光滑漂亮的直線。還有能夠根據(jù)進(jìn)深繪制，簡(jiǎn)單地表達(dá)交叉點(diǎn)和立體交叉。

圖2 MB86R01示意圖

　　在顯示功能方面，從幫助安全駕駛的角度出發(fā)，畫(huà)面的重疊對(duì)于實(shí)時(shí)地收集各種信息，簡(jiǎn)明易懂地顯示給司機(jī)來(lái)說(shuō)是個(gè)非常實(shí)用的功能。該產(chǎn)品最多能重疊6個(gè)面。例如，在最下層顯示地圖信息，在上面的層顯示通過(guò)CAN從車(chē)載通信系統(tǒng)獲得的信息和從ITS獲得的道路交通信息等，可以分別處理不同的信息來(lái)源，最后進(jìn)行合成。此外，還增加了2畫(huà)面同時(shí)顯示，2系統(tǒng)的捕捉功能?？梢院?jiǎn)單地構(gòu)建車(chē)載后背娛樂(lè)系統(tǒng)，例如在后排坐位上觀看DVD或電視。