淺析基于MB86R01的汽車數(shù)字化虛擬儀表設(shè)計(jì)

摘要：文中主要介紹了富士通的系統(tǒng)LSI芯片MB86R01的工作機(jī)制，以及集成在單芯片上的ARM926EJ-S核心，圖像顯示控制器(GDC)，車載通信功能，各種媒體接口的功能特點(diǎn)。該芯片可處理來自汽車導(dǎo)航器件或數(shù)字儀表板的數(shù)據(jù)和車載網(wǎng)絡(luò)的信息，以提高駕駛環(huán)境的舒適性，同時(shí)實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的圖像和視頻顯示。

隨著汽車、通信、信息電器、醫(yī)療、軍事等行業(yè)的巨大的智能化需要，嵌入式軟件及系統(tǒng)發(fā)展迅速。微處理器從8位到16位、32位甚至64位，從支持單一品種的CPU芯片到支持多品種的，從單一內(nèi)核到除了內(nèi)核外還提供其它功能模塊。而且隨著硬件技術(shù)的不斷革新，硬件平臺(tái)的處理能力不斷增強(qiáng)，成本不斷下降，嵌入式軟件已成為產(chǎn)品的數(shù)字化改造、智能化增值的關(guān)鍵性、帶動(dòng)性技術(shù)。因此，開發(fā)一個(gè)集成化嵌入式控制、高速數(shù)據(jù)采集和網(wǎng)絡(luò)通信于一體，并提供友好的人機(jī)操作界面的硬件平臺(tái)和多種總線接口，對(duì)于提高嵌入式系統(tǒng)可靠性、組網(wǎng)靈活性意義重大。

據(jù)此，本文介紹的MB86R01芯片，將ARM926EJ-S核、2D/3D顯示、車載通信功能、各種應(yīng)用接口集成到一個(gè)單芯片上，集成度高，智能化強(qiáng)。而且支持程序保護(hù)功能，能夠防止非法讀取和篡改。

1 MB86R01的工作機(jī)制

MB86R01芯片是富士通推出的基于ARM926EJ-S內(nèi)核的16/32位RISC嵌入式微處理器，主要面向汽車導(dǎo)航儀和儀表盤。ARM926EJ-S處理器具有完整的存儲(chǔ)器管理、高性能、低晶粒尺寸以及低功耗等重要的多任務(wù)處理器應(yīng)用;支持32位的ARM和16位的Thumb指令集;支持ARM調(diào)試體系并包括支持硬件和軟件調(diào)試的邏輯;擁有一條帶高速緩存(cached)的哈佛總線體系并提供一個(gè)完整的高性能處理器子系統(tǒng)，包括：

(1)一個(gè)ARM926EJ-S定點(diǎn)數(shù)(integer)內(nèi)核;

(2)一個(gè)存儲(chǔ)器管理單元(MMU);

(3)單獨(dú)的指令和數(shù)據(jù)AMBA AHB總線接口;

(4)單獨(dú)的指令和數(shù)據(jù)TCM接口。

MB86R01內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，主要有ARM9核心、繪圖顯示控制器、USB多媒體系統(tǒng)接口、CAN控制器，以及硬盤接口IDE66(平行-ATA/ATA PI-5)等。MB86R01內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。

MB86R01提供了一套非常完整的通用系統(tǒng)的外圍設(shè)備，并且使整個(gè)系統(tǒng)的消耗最小。而且它具有很多常用模塊，因此不用再添加配置附加設(shè)備。片上集成的功能主要包括如下方面：

◇采用90nm工藝;

◇內(nèi)部?jī)?nèi)存控制器的工作頻率是320MHz;

◇顯示分辨率：行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的顯示分辨率，從320*240到1024*768;

◇具有EMT9和JTAG ICE接口;

◇內(nèi)置外部DDR2(頻率：166MHz/雙緣：333MHz)和內(nèi)存接口，可支持高速運(yùn)作功能;

◇具有平行Flash/SRAM主機(jī)接口;

◇具有平行ATA接口;

◇SD卡接口;

◇CAN控制器接口;

◇MediaLB接口;

◇USB2.0多媒體系統(tǒng)接口;

◇I2C接口;

◇I2S接口;

◇SPI接口：

◇ADC接口;

◇PWM接口;

◇GPIO接口;

◇UART接口;

◇溫度范圍在-45～+85℃;

◇功率損耗：1.5W;

◇封裝：份子化合物塑料球柵封裝陣列484針(PBGA484);

◇具有擴(kuò)展外部總線，支持軟件開發(fā)和硬件調(diào)試。

1.1 圖像顯示控制器(GDC)

MB 86R01內(nèi)部集成的圖像顯示控制器MB86296是32位，具有多種人機(jī)接口，組合了汽車環(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。其內(nèi)部集成的具體功能介紹如下：

(1)具有一個(gè)幾何引擎，通過浮點(diǎn)運(yùn)算可實(shí)現(xiàn)精確的數(shù)字化圖形處理。

(2)具有RGB/YUV雙重視頻顯示及輸出，而且能進(jìn)行視頻捕捉，可存儲(chǔ)DVD及其它圖形存儲(chǔ)器中的數(shù)字視頻數(shù)據(jù)，視頻輸入的亮度、飽和度及對(duì)比度可通過編程控制。

(3)具有雙重顯示功能，即可在同一個(gè)屏幕上顯示視頻和圖像，來提供高清晰度的地圖或圖像。

(4)支持6層重疊/α混合，且6層顯示支持4個(gè)不同的彩色調(diào)色板，每個(gè)調(diào)色板提供256色。所有層均提供24或16位分辨率直接彩色或8位分辨率的間接彩色。而且顯示分辨率從320*240到1024*768。

(5)具有2D/3D作圖引擎，兼容2D/3D顯卡(166MHz)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。

(6)提供200MHz至400MHz顯示點(diǎn)時(shí)鐘頻率，控制器的額定值為1.8V、500mA和3.3V、100mA，與富士通所

有的圖形顯示控制器IC兼容，無需外部附加邏輯電路，并可用于不同的主機(jī)CPU總線。

(7)支持紋理映射(視頻材料)，最大映射單元到4096*4096。

MB86296的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示。

1.2 內(nèi)置車載通信/媒體網(wǎng)絡(luò)用的多種外圍接口

在汽車電子方面，車載控制類系統(tǒng)和信息娛樂系統(tǒng)的合并正在加速。作為車載通信類接口，該器件內(nèi)置了CAN、MediaLB，作為多媒體類接口內(nèi)置了USB，作為硬盤接口內(nèi)置了IDE66(平行-ATA/ATAPI-5)，作為音頻接口內(nèi)置了I2S等，擁有各種各樣的外圍接口。本產(chǎn)品只用單芯片就能滿足從車載通信控制到多媒體處理的所有需求。

1.3 支持程序保護(hù)功能

近年來，汽車儀表盤的數(shù)字化正在加速，隨之出現(xiàn)了將保存基本軟件的Flash-ROM外置的趨勢(shì)。因此需要采取防止非法讀取和篡改ROM代碼的對(duì)策。MB86R01滿足了該需求，支持程序保護(hù)功能，可以使用自己定義的密鑰加密的程序。

2 帶操作系統(tǒng)應(yīng)用

MB86R01芯片可以不帶操作系統(tǒng)應(yīng)用，但是為了實(shí)現(xiàn)功能復(fù)雜的資源利用，提高硬件功能利用效率，簡(jiǎn)化開發(fā)難度，并且達(dá)到實(shí)時(shí)、多線程工作，需要采用實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)，如Linux，WinCE，VxWorks，UC/OS-II，QNX，TRON等。Linux和WinCE系統(tǒng)適用于多媒體、汽車導(dǎo)航和娛樂系統(tǒng);對(duì)于VxWorks，UC/OS-II，QNX，TRON系統(tǒng)，基于啟動(dòng)快，實(shí)時(shí)性強(qiáng)，多用于汽車數(shù)字儀表顯示。本人已經(jīng)成功的把UC/OS-II植入MB86R01中，實(shí)現(xiàn)了汽車數(shù)字化儀表的多任務(wù)實(shí)時(shí)顯示。

3 結(jié)束語

富士通推出的MB86R01基于ARM9的芯片，適用于汽車應(yīng)用中的先進(jìn)導(dǎo)航和視頻顯示，可做成汽車數(shù)字化虛擬儀表顯示，用來代替現(xiàn)在汽車上普遍應(yīng)用的機(jī)械式儀表，而且向ARM9中移植操作系統(tǒng)后，可很容易的實(shí)現(xiàn)儀表的多線程多任務(wù)同時(shí)顯示，如在顯示車速、轉(zhuǎn)速、水溫、油量等信息時(shí)，同時(shí)播放音頻和視頻，雙屏幕顯示等。嵌入式系統(tǒng)的高速發(fā)展勢(shì)必將不斷促進(jìn)ARM技術(shù)的向前發(fā)展。基于MB86R01強(qiáng)大的ARM內(nèi)核，體積小，性能高，功耗小等優(yōu)點(diǎn)，一定會(huì)有廣闊的發(fā)展前景。