淺析基于MB86R01的汽車數字化虛擬儀表設計

摘要：文中主要介紹了富士通的系統LSI芯片MB86R01的工作機制，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。該芯片可處理來自汽車導航器件或數字儀表板的數據和車載網絡的信息，以提高駕駛環境的舒適性，同時實現高質量的圖像和視頻顯示。

隨著汽車、通信、信息電器、醫療、軍事等行業的巨大的智能化需要，嵌入式軟件及系統發展迅速。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，從單一內核到除了內核外還提供其它功能模塊。而且隨著硬件技術的不斷革新，硬件平臺的處理能力不斷增強，成本不斷下降，嵌入式軟件已成為產品的數字化改造、智能化增值的關鍵性、帶動性技術。因此，開發一個集成化嵌入式控制、高速數據采集和網絡通信于一體，并提供友好的人機操作界面的硬件平臺和多種總線接口，對于提高嵌入式系統可靠性、組網靈活性意義重大。

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

1 MB86R01的工作機制

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

(1)一個ARM926EJ-S定點數(integer)內核;

(2)一個存儲器管理單元(MMU);

(3)單獨的指令和數據AMBA AHB總線接口;

(4)單獨的指令和數據TCM接口。

MB86R01內部結構比較復雜，主要有ARM9核心、繪圖顯示控制器、USB多媒體系統接口、CAN控制器，以及硬盤接口IDE66(平行-ATA/ATA PI-5)等。MB86R01內部結構如圖1所示。

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

◇采用90nm工藝;

◇內部內存控制器的工作頻率是320MHz;

◇顯示分辨率：行業標準的顯示分辨率，從320*240到1024*768;

◇具有EMT9和JTAG ICE接口;

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

◇具有平行Flash/SRAM主機接口;

◇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);

◇具有擴展外部總線，支持軟件開發和硬件調試。

1.1 圖像顯示控制器(GDC)

MB 86R01內部集成的圖像顯示控制器MB86296是32位，具有多種人機接口，組合了汽車環境要求的多種功能，其主要功能是在顯示豐富的圖像內容時控制LCD面板，其它功能包括視點導航、模擬測量儀表與兩刷的實時顯示，以及其它對主CPU工作不構成太大壓力的信息顯示。其內部集成的具體功能介紹如下：

(1)具有一個幾何引擎，通過浮點運算可實現精確的數字化圖形處理。

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

(3)具有雙重顯示功能，即可在同一個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個不同的彩色調色板，每個調色板提供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，還有能夠根據進深繪制，簡單地表達交叉點和立體交叉。

(6)提供200MHz至400MHz顯示點時鐘頻率，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的內部結構如圖2所示。

1.2 內置車載通信/媒體網絡用的多種外圍接口

在汽車電子方面，車載控制類系統和信息娛樂系統的合并正在加速。作為車載通信類接口，該器件內置了CAN、MediaLB，作為多媒體類接口內置了USB，作為硬盤接口內置了IDE66(平行-ATA/ATAPI-5)，作為音頻接口內置了I2S等，擁有各種各樣的外圍接口。本產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 支持程序保護功能

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

2 帶操作系統應用

MB86R01芯片可以不帶操作系統應用，但是為了實現功能復雜的資源利用，提高硬件功能利用效率，簡化開發難度，并且達到實時、多線程工作，需要采用實時嵌入式操作系統，如Linux，WinCE，VxWorks，UC/OS-II，QNX，TRON等。Linux和WinCE系統適用于多媒體、汽車導航和娛樂系統;對于VxWorks，UC/OS-II，QNX，TRON系統，基于啟動快，實時性強，多用于汽車數字儀表顯示。本人已經成功的把UC/OS-II植入MB86R01中，實現了汽車數字化儀表的多任務實時顯示。

3 結束語

富士通推出的MB86R01基于ARM9的芯片，適用于汽車應用中的先進導航和視頻顯示，可做成汽車數字化虛擬儀表顯示，用來代替現在汽車上普遍應用的機械式儀表，而且向ARM9中移植操作系統后，可很容易的實現儀表的多線程多任務同時顯示，如在顯示車速、轉速、水溫、油量等信息時，同時播放音頻和視頻，雙屏幕顯示等。嵌入式系統的高速發展勢必將不斷促進ARM技術的向前發展。基于MB86R01強大的ARM內核，體積小，性能高，功耗小等優點，一定會有廣闊的發展前景。