GDC改善汽車圖像系統(tǒng)(08-100)

　　圖像顯示控制器(GDC)具有多種人機(jī)接口，是汽車信息系統(tǒng)的核心引擎。DGC最開始是為高檔車的導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計(jì)的，現(xiàn)已普及至中、低檔汽車。車用GDC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、模擬測量儀表與兩刷的實(shí)時(shí)顯示，以及其它對主CPU工作不構(gòu)成太大壓力的信息顯示。

　　車用GDC與臺式圖像控制器不同，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)，對儀表盤應(yīng)用采取超寬度VGA(1240×480)?？紤]到小屏幕上需要顯示的信息量以及其清晰程度，車用環(huán)境也有一些特殊的問題。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臺式系統(tǒng)是類似的。

　　性能分級

　　GDC是與MCU一起工作的，型號眾多，性能各異。在性能上有五種不同的級別。

　　基本GDC包括一個(gè)簡單的幀緩沖存儲器和一個(gè)控制器來產(chǎn)生要顯示的信號。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，完成畫線、畫多邊形基本功能。這一類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)簡單的GDC來進(jìn)行位圖形操作。如果主CPU的指令速度沒有那么快，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。

　　無論選用那個(gè)級別的GDC，其功耗也是重要的考慮因素?，F(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。

　　存儲器至關(guān)重要

　　圖像存儲器是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)是存儲在圖像存儲器中的，因而對幀數(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。存儲在圖像存儲器中的各種類型數(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。

　　存儲在圖像存儲器中的信息眾多，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(顯示列表、紋理映射與位映射);

　　5、 作圖訪問(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)緩沖至圖像存儲器。顯示處理包含與顯示控制器有關(guān)的各種處理過程，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)出圖像存儲器接口，因而對該接口的帶寬要求是很高的。典型GDC的圖像存儲器帶寬為532Mbps。然而，一個(gè)存儲器讀/寫需多個(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。

　　除了存儲器接口，GDC還有CPU、視頻捕捉與視頻輸出接口(見圖1)。絕大多數(shù)數(shù)據(jù)要通過存儲器接口。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GDC的寄存器與存儲器。當(dāng)然，這些任務(wù)不會產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)。在PCI主接口(33MHz)場合，GDC通常具有50Mbps的帶寬。另一方面，SRAM型主接口的帶寬超過100MHz，具體帶寬取決于總線時(shí)鐘頻率。

　　圖1 GDC基本結(jié)構(gòu)示意圖