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圖形顯示控制器(GDC)是位于車輛信息和娛樂系統中心的關鍵引擎，通常這些信息娛樂系統包括需要各類人機接口的頭端單元和全配置的各種儀器。開始為日本和歐洲市場上的高端車輛中的導航系統設計的圖形顯示控制器，現在已經出現在世界各地的各種型號的中檔乃至低端車輛中。在車輛的娛樂系統中也在采用。 車輛GDC是一款獨特的器件，它整合了車輛娛樂系統中所需的許多功能。GDC的基本功能是控制LCD面板，并產生寬范圍的豐富圖像內容。GDC可以實現先進的功能，如導航，模擬儀表的表征，振動斑點屏蔽(vibrant splash screens)以及在不占用主CPU過多資源的條件下其他的更生動體驗等。此外，GDC還完成功率管理，這使得可以省去一些外部的冷卻部件，例如風扇或散熱器。 與臺式電腦圖形控制器不一樣，為嵌入式應用設計的GDC用于低分辨率的小屏幕應用。汽車顯示器的分辨率通常從基本信息顯示所用的CIF(320×240)到儀器所用的Ultra Wide VGA(1024?480)。由于車輛中復雜環境，需要在這些小屏幕上顯示大量的信息，并且要求顯示清晰，從而帶來了一些特殊的挑戰。GDC選用多層和多種透明度，使得觀看者能夠同時觀看幾個屏幕。與Windows工作臺系統類似，屏幕尺寸需要調整和移動顯示區域。GDC將允許從屏幕或圖像的下方觀看，從而改善顯示效果。 1 GDC性能分類 隨著采用的微控制器不同，GDC有許多不同的類型和性能等級。基本上，有5類不同的性能等級。 第一類是基本型的GDC，它包括一個簡單的幀緩沖存儲器和一個產生顯示信號的控制器。主控制器處理繪圖功能，在緩沖器上手動改變顯示幀。第二類是復雜一點的版本，包括幀緩沖器和一個具有2D功能圖形引擎，例如繪制直線和多邊形圖形。這類GDC將覆蓋2層或3層，完成層間的α混合。 第三類的GDC覆蓋更多的層——可能多達4到6層。這一級別的IC用硬件傳感器來實現α混合和α平面，并包括全功能的繪圖功能。 第四類的GDC在上述功能的基礎上增加了下屬功能：一個2D/3D圖形引擎，一個幾何處理器，還有一個內部工作頻率為100～200MHz的繪圖引擎，它能提供高繪圖速率，用于顯示點時鐘(dot clock)時可以達到400MHz。實際例子就是富士通的32位的MB86296。 最后一類也是最先進的GDC，例如富士通的MB86R01，這是另外一種32位的IC，能夠提供很多額外的多媒體功能，包括對音視頻的支持，能夠對音視頻進行解碼，而并非像其他類型只是捕獲和調整。還包括霧化，加亮和可編程屏蔽功能，從而可以提供生動體驗和現場感，而且繪圖速率在所有圖形顯示控制器中是最快和最高的。 在選擇GDC時，確定將送到CPU的處理量也是重要的事情，如果可能的話。如果主處理器處理能力能夠達到400MIPs或更高，則將會有很多可用周期，于是則可能用CPU來執行幾何操作，而用一個簡單的GDC執行位圖操作。另一方面，如果主處理器不具備足夠高的處理速度，就必須利用功能強大的GDC。主處理器必須足夠快，以保持為GDC提供位圖坐標和顯示列表，故必須考慮處理器和GDC的相對等級級別。當然，處理器中的主要考慮取決于所顯示的圖像或圖形的復雜度。 不論哪種IC，都要求它們在執行任務的同時消耗盡可能少的功率。許多最新的和效率最高的控制器所消耗的功率小于2.3瓦，遠小于以前的功耗水平。所以說，圖形顯示控制器在不斷改善其效率和性能。 2 存儲器：GDC中的關鍵部件 圖形存儲器是GDC系統中的最重要的部件之一。在GDC作為有效執行繪圖功能的幾何圖形和繪圖引擎時，圖形存儲器提供了緩沖區，所有的圖形信息都保存在這里。車輛中的顯示器上的顯示幀也被存儲在圖形顯示器中。對于及時且可靠地將幀數據提供到視頻輸出接口來說，這是非常重要的。有一系列不同類型的數據存儲在圖形存儲器里，包括繪圖幀，作為繪圖幀的子集的顯示幀，攜帶3D繪圖所需信息的Z-緩沖數據，來自視頻輸入接口的視頻捕獲緩沖數據(每像素16比特)，在繪制多邊形時所需的多邊形繪圖標志緩沖數據(每像素1比特)，顯示列表數據，紋理圖和指針圖(Cursor Patterns)數據等。 有如此大量的信息存儲在圖形存儲器中，提取信息的存儲器訪問必須按照如下的優先級： 1）. 顯示幀刷新 2）. 視頻捕獲 3）. 顯示處理 4）. 主CPU訪問(用于顯示列表，紋理圖和位圖) 5）. 繪圖訪問(Z-緩沖，多邊形標志緩沖等) 顯示幀刷新更新顯示器上的內容，每秒50或60次。該工作需要傳輸大量的數據，它直接影響人機交互的效果。因此，必須賦之于最高的優先級。 上述第二重要的是視頻捕獲，需要在圖形存儲器中緩沖輸入視頻數據。下一個是顯示處理，包括與顯示控制器相關的各種處理，例如顯示α混合、覆蓋、指針圖處理及其他。再下來是主CPU訪問，這包括將顯示列表、紋理圖和位圖傳遞到存儲器中。最后一個是繪圖訪問，它包括利用Z-緩沖器和多邊形標志緩沖器來更新繪圖幀。 由于大量的數據通過圖形存儲器接口，故對該接口的帶寬需求非常高。典型的GDC的圖形存儲器帶寬是532MB/s。不過，由于存儲器讀寫都要占用多個時鐘周期，實際上的有效帶寬將只有該值的1/2到2/3，假定存儲器時鐘頻率為133MHz，而數據總線寬度為32位。高端GDC的存儲器帶寬比該值高一倍，或者說接近1GB/s�？梢圆捎肈DR-SDRAM技術來增加最高端GDC的存儲器帶寬。 如圖1所示，除了存儲器接口之外，GDC還有一個CPU接口，視頻捕獲接口和視頻輸出接口。顯然，絕大多數數據通過存儲器接口。而顯示列表、位圖和紋理圖則從CPU傳送到GDC。 CPU可能也要直接訪問GDC寄存器或存儲器。但所有這些任務都不產生大量的數據。對于PCI主機接口(33MHz)來說，GDC的典型帶寬為50MB/s。另一方面，SRAM型主機接口帶寬高于100MB/s。該值取決于總線時鐘頻率。 圖1：典型GDC的方框圖。除了存儲器接口外，GDC還有一個CPU接口， 視頻捕獲接口，以及視頻輸出接口。 類似地，與存儲器接口相比，視頻捕獲和視頻輸出接口所需的帶寬比較低。這些接口都執行專門的任務，數據流入視頻捕獲接口，而從視頻輸出接口輸出。所以說，存儲器接口是整個GDC系統中的最大瓶頸。其架構取決于GDC的目標應用。 3 專用存儲器架構：性能最優 根據上述，存儲器接口必須專用。如果為存儲器分配非圖形功能，例如劃撥其一部分作為主CPU的工作區，將會占用帶寬并直接影響GDC的性能。為了提升性能，這種情況必須避免。該方案，即Fujitsu GDC采用的方案，將CPU存儲器從圖形處理器中隔離出來。 系統需要用于GDC的分離存儲器和較大的PCB空間來供應那些不提供圖形功能的外部部件。另一種方案則是統一存儲器架構，使得主CPU和GDC能共享單一存儲器。如果系統使用分離的IC負責處理和圖形功能，就必須用CPU或GDC來實現存儲器接口。對于沒有存儲器接口的IC，存儲器數據流就必須通過將其連接到另一片IC的接口來傳輸。 圖2：外部和內部CPU-GDC通信的比較。 實現這種架構的一種較好的方法是利用一片SOC，利用SOC中的高速數據通道將主CPU和GDC同時集成到一個芯片上，來實現高帶寬CPU-GDC通信。這種接口在芯片內實現起來比在外部實現起來容易，能夠在不犧牲GDC性能的條件下同時滿足帶寬需求和空間約束條件。采用當今的處理技術，有可能以合理的成本開發出這樣的SOC。 如今，GDC的豐富種類和性能能夠在世界各地的車輛中實現一系列創新的信息娛樂應用。在導航和視頻產品中它們是關鍵的基礎部件，隨著汽車制造商差異化其車型和類型，它們將變得更加重要。 |
