车用GDC与台式图像控制器不同,它是为小屏幕、低分辨率嵌入式应用设计的,其分辨率在基本信息显示时通常限于CIF(320×240),对仪表盘应用采取超宽度VGA(1240×480)。考虑到小屏幕上需要显示的信息量以及其清晰程度,车用环境也有一些特殊的问题。GDC采用多层显示与多种透明度的选择方案,让观察者同一时间看到多个屏幕视图,并随时查阅下面的屏幕视图,提高显示的效率。屏幕可以重新设定尺寸,在显示区域内随意地移动图形,这与Windows台式系统是类似的。

性能分级

GDC是与MCU一起工作的,型号众多,性能各异。在性能上有五种不同的级别。

基本GDC包括一个简单的帧缓冲存储器和一个控制器来产生要显示的信号。主控制器处理作图功能,手控修改缓冲器中显示帧内容。稍复杂的包括帧缓冲器和一个基本2D功能的作图引擎,完成画线、画多边形基本功能。这一类GDC可以叠加二或三层视图,在它们之间完成阿尔法混合。

第三级复杂度GDC可重叠4-6层图像,有硬件光标,实现阿尔法混合和阿尔法平面功能,以及全部作图功能。

第四级GDC又增加了下列功能：几何图形处理器与作图引擎实现的2D/3D作图引擎,内部工作频率为100-200MHz,大大地提高了作图速度,显示点时钟达400MHz。典型的器件是富士通MB86296。

最后,高级GDC,如富士通32位MB86R01,能提供更多的多媒体功能：包括A/V译码等多项A/V功能;可编程图像雾化、加亮和色调、阴影;有更高与更快的转换速率。

在选择GDC时,分配给CPU的处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执行更多的几何图形操作;而使用一个简单的GDC来进行位图形操作。如果主CPU的指令速度没有那么快,解决方案只能是使用功能强的GDC。选择处理器取决于待显示图像或图形的复杂程度,主CPU与GDC是要协调地工作的。

无论选用那个级别的GDC,其功耗也是重要的考虑因素。现今,多数最新型的GDC仅消耗2.3W功率,远远低于早期的那些器件,GDC的效率和性能还在不断的提高中。

存储器至关重要

图像存储器是GDC系统的重要组件之一。这旨保存全部图像信息的缓冲区域,也是提高图像再现效率的重要因素。在面板上要显示的帧数据是存储在图像存储器中的,因而对帧数据及时地又可靠地传送至视频输出接口有直接的关系。存储在图像存储器中的各种类型数据有：作图帧;作图帧的一个子集,显示帧;3D作图用到的Z缓冲数据;视频捕捉缓冲器,一个从视频输入接口暂存的每个像素16位的区域;多边形作图标志缓冲器,在多边形作图时需要的每个像素1位信息;显示列表缓冲器,纹理映射与光标图形等。

存储在图像存储器中的信息众多,使用信息的任务在存取时按优先级别操作：

1、 显示帧刷新;

2、 视频捕捉;

3、 显示数据处理;

4、 主CPU访问(显示列表、纹理映射与位映射);

5、 作图访问(如Z缓冲与多边形标志缓冲)。

显示帧刷新以每秒50-60次更新显示面板的内容。该任务需传输大量的数据,直接影响人机接口,因而被赋于最高优先权。

视频捕捉将输入视频数据缓冲至图像存储器。显示处理包含与显示控制器有关的各种处理过程,如显示阿尔法混合、重叠与光标图形处理。主CPU存取包括传输显示列表、纹理映射与位映射。最后一步是作图存取,它涉及Z缓冲器与多边形标志缓冲器的作图帧更新。

大量数据进出图像存储器接口,因而对该接口的带宽要求是很高的。典型GDC的图像存储器带宽为532Mbps。然而,一个存储器读/写需多个时钟,因此有效带宽仅为此值的二分之一或三分之二,假定时钟频率为133MHz、数据总线宽度为32位。同级GDC使用DDR-SDRAM技术,带宽可提高一倍,甚至达到1Gbps。

除了存储器接口,GDC还有CPU、视频捕捉与视频输出接口(见图1)。绝大多数数据要通过存储器接口。显示列表、位映射和纹理映射是由CPU 传送给GDC的。CPU还可能要直接访问GDC的寄存器与存储器。当然,这些任务不会产生大量的数据。在PCI主接口(33MHz)场合,GDC通常具有 50Mbps的带宽。另一方面,SRAM型主接口的带宽超过100MHz,具体带宽取决于总线时钟频率。

类似地,视频捕捉与视输出接口的带宽较存储器接口低。这些接口是为专用任务设置的,数据由视频捕捉接口流入,从视频输出接口流出。从以上分析可知,存储器接口是整个GDC系统的最大瓶颈,其体系结构视GDC的目标应用而定。

性能优化

GDC系统使用存储器有两种结构：独立存储器与共享存储器。前者,CPU与GDC分别设置一个存储器,这样可提高图像性能,但增加了电路板面积。后者,CPU与GDC 共用一个存储器,存储器增加了非图像功能的任务,当然会影响图像性能。一个更佳的方法就是采用SoC,将CPU与GDC组合在一个芯片内,在芯片内更容易实现高速数据通道,用于高带宽CPU-GDC通信。

MB86R01(图2)就是SoC器件,它内置正规的2D/3D图形控制器,高清晰且高速地执行汽车导航和仪表盘所需的图形处理;并采用在嵌入式市场上占有压倒性份额的ARM内核作为控制CPU,易于在系统中嵌入各种中间件和驱动程序。它完全兼容2D/3D显卡功能,除阴影、纹理、纹理映射等正规的3D绘图以外,硬件还支持最适用于地图的“粗线”、“虚线”、“斜线”。与图形保真功能组合使用能够绘制出光滑漂亮的直线。还有能够根据进深绘制,简单地表达交叉点和立体交叉。

在显示功能方面,从帮助安全驾驶的角度出发,画面的重叠对于实时地收集各种信息,简明易懂地显示给司机来说是个非常实用的功能。该产品最多能重叠6个面。例如,在最下层显示地图信息,在上面的层显示通过CAN从车载通信系统获得的信息和从ITS获得的道路交通信息等,可以分别处理不同的信息来源,最后进行合成。此外,还增加了2画面同时显示,2系统的捕捉功能。可以简单地构建车载后背娱乐系统,例如在后排坐位上观看DVD或电视。(东华)

图1 GDC基本结构示意图

图2 MB86R01示意图