GDC改善汽車圖像系統(08-100)

　　圖像顯示控制器(GDC)具有多種人機接口，是汽車信息系統的核心引擎。DGC最開始是為高檔車的導航系統設計的，現已普及至中、低檔汽車。車用GDC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。

　　車用GDC與臺式圖像控制器不同，它是為小屏幕、低分辨率嵌入式應用設計的，其分辨率在基本信息顯示時通常限于CIF(320×240)，對儀表盤應用采取超寬度VGA(1240×480)。考慮到小屏幕上需要顯示的信息量以及其清晰程度，車用環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，讓觀察者同一時間看到多個屏幕視圖，并隨時查閱下面的屏幕視圖，提高顯示的效率。屏幕可以重新設定尺寸，在顯示區域內隨意地移動圖形，這與Windows臺式系統是類似的。

　　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包括一個簡單的幀緩沖存儲器和一個控制器來產生要顯示的信號。主控制器處理作圖功能，手控修改緩沖器中顯示幀內容。稍復雜的包括幀緩沖器和一個基本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。

　　第三級復雜度GDC可重疊4-6層圖像，有硬件光標，實現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現的2D/3D作圖引擎，內部工作頻率為100-200MHz，大大地提高了作圖速度，顯示點時鐘達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A/V功能;可編程圖像霧化、加亮和色調、陰影;有更高與更快的轉換速率。

　　在選擇GDC時，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執行更多的幾何圖形操作;而使用一個簡單的GDC來進行位圖形操作。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的GDC。選擇處理器取決于待顯示圖像或圖形的復雜程度，主CPU與GDC是要協調地工作的。

　　無論選用那個級別的GDC，其功耗也是重要的考慮因素。現今，多數最新型的GDC僅消耗2.3W功率，遠遠低于早期的那些器件，GDC的效率和性能還在不斷的提高中。

　　存儲器至關重要

　　圖像存儲器是GDC系統的重要組件之一。這旨保存全部圖像信息的緩沖區域，也是提高圖像再現效率的重要因素。在面板上要顯示的幀數據是存儲在圖像存儲器中的，因而對幀數據及時地又可靠地傳送至視頻輸出接口有直接的關系。存儲在圖像存儲器中的各種類型數據有：作圖幀;作圖幀的一個子集，顯示幀;3D作圖用到的Z緩沖數據;視頻捕捉緩沖器，一個從視頻輸入接口暫存的每個像素16位的區域;多邊形作圖標志緩沖器，在多邊形作圖時需要的每個像素1位信息;顯示列表緩沖器，紋理映射與光標圖形等。

　　存儲在圖像存儲器中的信息眾多，使用信息的任務在存取時按優先級別操作：

　　1、 顯示幀刷新;

　　2、 視頻捕捉;

　　3、 顯示數據處理;

　　4、 主CPU訪問(顯示列表、紋理映射與位映射);

　　5、 作圖訪問(如Z緩沖與多邊形標志緩沖)。

　　顯示幀刷新以每秒50-60次更新顯示面板的內容。該任務需傳輸大量的數據，直接影響人機接口，因而被賦于最高優先權。

　　視頻捕捉將輸入視頻數據緩沖至圖像存儲器。顯示處理包含與顯示控制器有關的各種處理過程，如顯示阿爾法混合、重疊與光標圖形處理。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緩沖器與多邊形標志緩沖器的作圖幀更新。

　　大量數據進出圖像存儲器接口，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，一個存儲器讀/寫需多個時鐘，因此有效帶寬僅為此值的二分之一或三分之二，假定時鐘頻率為133MHz、數據總線寬度為32位。同級GDC使用DDR-SDRAM技術，帶寬可提高一倍，甚至達到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)。絕大多數數據要通過存儲器接口。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。當然，這些任務不會產生大量的數據。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鐘頻率。

　　圖1 GDC基本結構示意圖