從GDC到SoC,，汽車圖形顯示控制領(lǐng)域十年心路歷程

在圖像顯示處理領(lǐng)域，富士通半導(dǎo)體是當(dāng)之無愧的領(lǐng)先技術(shù)廠商,，這可從其廣受好評的Milbeaut圖像處理器（ISP）窺見一斑,。而與之有著相同圖形顯示技術(shù)基因的汽車GDC則是全球汽車圖形顯示控制器領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者，其產(chǎn)品廣泛用于中央信息顯示,、全景環(huán)視系統(tǒng),、多媒體娛樂影音系統(tǒng)、導(dǎo)航,、虛擬儀表等領(lǐng)域,。

圖1. 汽車圖形顯示控制器的主要應(yīng)用領(lǐng)域。

“從十幾年前的汽車圖像導(dǎo)航中2D/3D地圖的生成,，車載DVD導(dǎo)航相關(guān)屏的驅(qū)動開始,，富士通半導(dǎo)體在汽車圖像顯示控制領(lǐng)域深耕多年，從最早期的單獨(dú)GDC+主控芯片方案發(fā)展到現(xiàn)在的第三代Triton車載SoC芯片方案,，富士通半導(dǎo)體在汽車圖像顯示控制領(lǐng)域積累了大量寶貴的技術(shù)經(jīng)驗(yàn),。”富士通半導(dǎo)體（上海）有限公司市場部高級經(jīng)理周浩洋表示。

為應(yīng)對汽車電子對于高性能和低成本的不斷需求,，富士通半導(dǎo)體將CPU,、GPU及汽車總線等集成進(jìn)一顆IC，于5年前推出了第一款車載圖形顯示SoC——Jade系列——不僅降低了系統(tǒng)成本,，還進(jìn)一步簡化了系統(tǒng)工程師的開發(fā)難度。

“Jade系列在全液晶的數(shù)字儀表方案中獲得了廣泛的成功,，在5年前,，這些方案就成功應(yīng)用在了捷豹，路虎等高端汽車中,。而由于早期的高端汽車在中國還比較少,，所以直到去年，Jade方案才在中國剛剛上市的福特蒙迪歐所配備的全數(shù)字液晶儀表板上嶄露頭角,。”周浩洋指出,。

由于Jade系列的成功應(yīng)用，富士通半導(dǎo)體繼而推出了第二代圖形處理SoC——Emerald系列,，其采用Cortex A9 CPU,，可以支持360°全景百萬像素的3D成像系統(tǒng)，同時可以應(yīng)用于更高分辨率的液晶儀表板,。2013年,，Emerald系列應(yīng)用于北美和歐洲的車廠，例如寶馬和沃爾沃，這些車預(yù)計(jì)將在今年量產(chǎn),。

Triton系列——引領(lǐng)車用圖形顯示控制創(chuàng)新潮流

由于汽車行業(yè)的特殊性,，芯片——方案——車廠——量產(chǎn)的周期跨度非常久，所以一項(xiàng)新的技術(shù)要真正應(yīng)用于汽車上的周期會相當(dāng)?shù)拈L,。雖然一顆芯片要成功應(yīng)用于汽車需要很長的時間進(jìn)行技術(shù)的驗(yàn)證,，但是富士通半導(dǎo)體并沒有停下技術(shù)研發(fā)的腳步，從第一代Jade系列車載圖形SoC開始到現(xiàn)在的第三代Triton系列,，富士通半導(dǎo)體始終引領(lǐng)技術(shù)的潮流,，走在技術(shù)發(fā)展創(chuàng)新的前沿。

富士通半導(dǎo)體第3代高性能汽車應(yīng)用圖形SoC－MB86R20系列（Triton）可滿足汽車等領(lǐng)域所要求的高可靠性,。內(nèi)置高性能雙核CPU/GPU,，具有6路視頻輸入和3路顯示輸出。圖2為MB86R20系列功能框圖,。

圖2. MB86R20系列功能框圖,。

MB86R20系列產(chǎn)品具有增強(qiáng)的CPU和GPU處理能力。其CPU采用了2個ARMCortex-A9,，3D圖形引擎采用POWERVRTM SGX543,，與第二代車載SoC芯片MB86R10系列（Emerald）相比，CPU,、GPU的性能分別提高2倍和5倍,。此外，該系列還內(nèi)置了富士通半導(dǎo)體自行開發(fā)的二維圖形引擎,，可實(shí)現(xiàn)圖像的自適應(yīng)卷繞（Warping on-the-fly）等功能,，由于采取各部分獨(dú)立工作的模式，因此可獲得更高的性能表現(xiàn),。

針對多個視頻輸入,，MB86R20系列具有增強(qiáng)多顯示屏輸出功能，對應(yīng)全高清影像的6路輸入和3路輸出,，可將來自攝像頭的高清影像和本地高清內(nèi)容輸出到多個高清顯示屏,。

此外，MB86R20系列所具有的超高性能的繪圖功能還特別值得一提,，其二維圖形處理引擎,、三維圖形處理引擎和視頻捕捉器可同時獨(dú)立工作，并根據(jù)不同的應(yīng)用和顯示內(nèi)容在8個不同的描繪層上進(jìn)行最佳的圖像處理,。例如,，儀表顯示屏上的指針和車身描繪在不同層分別進(jìn)行二維/三維處理，可實(shí)現(xiàn)超越規(guī)定性能指標(biāo)的高度繪圖功能,。

圖3. MB86R20系列具有超高性能的繪圖功能,。

“MB86R24（MB86R20系列）預(yù)計(jì)將在今年10月份量產(chǎn),，Triton的推廣相比其前兩代Jade和Emerald有所不同，Jade和Emerald主要是在北美和歐洲推廣,，兩者都沒有最早在中國推廣,，而Triton的樣片一出來就同步在全球推廣，同一時間給在中國的車廠和供應(yīng)商試用,。這是富士通半導(dǎo)體對于中國市場的承諾,。”周浩洋特別強(qiáng)調(diào)。

MB86R24——用它可以創(chuàng)建一個360°全景百萬像素3D成像系統(tǒng)（可以通知駕駛員靠近車輛的物體）,，及集成的HMI系統(tǒng)（從汽車內(nèi)部和外部連接人和數(shù)據(jù)）,。

多屏(Integrated HMI)全液晶儀表系統(tǒng)——新一代車聯(lián)網(wǎng)入口平臺

作為新一代車聯(lián)網(wǎng)入口平臺，“多屏(Integrated HMI)全液晶儀表系統(tǒng)”是連結(jié)駕駛者,、汽車和周圍環(huán)境的信息之窗,。在日前于上海舉辦的“2014第二屆汽車儀表盤論壇”上，富士通半導(dǎo)體展示了其基于Triton的多屏(Integrated HMI)全液晶儀表系統(tǒng),，如下圖4所示,。

圖4. 富士通半導(dǎo)體3D全虛擬儀表方案。

TFT圖形顯示儀表采用高分辨率顯示屏替代傳統(tǒng)的機(jī)械儀表指針,，具有富士通半導(dǎo)體為車載儀表設(shè)計(jì)的獨(dú)立2D引擎(iris)和3D引擎(Ruby),，支持3路顯示輸出，最大支持1920x720分辨率,。

隨著對環(huán)保駕駛,、安全性和舒適性要求的提高，人與汽車以及與外界相關(guān)聯(lián)的信息量也越來越大,。并且這些信息正變得越來越復(fù)雜多樣,，如電動汽車的電池、車輛故障診斷,、攝像頭影像,、警告、導(dǎo)航,、智能手機(jī)連接和云連接等信息。

迄今為止,，這些信息是通過中控顯示屏,、儀表板顯示屏和抬頭顯示器等分別顯示和控制的（圖5）。但是,，為了實(shí)時和直觀地向駕駛員傳達(dá)汽車及其周圍情況,，需要將各種信息匯集到一處，進(jìn)行集中處理,，并根據(jù)不同駕駛場景選擇最佳形式呈現(xiàn)出來,。多屏(Integrated HMI)全液晶儀表系統(tǒng)即可實(shí)現(xiàn)這個功能，在促進(jìn)人、車,、環(huán)境和諧的同時,，使駕駛更加順暢。

圖5. 傳統(tǒng)的顯示控制（分散型）,。

MB86R20系列能夠整合來自攝像系統(tǒng)和信息主機(jī)系統(tǒng)等各種來源的影像信息,，并根據(jù)駕駛場景以最佳表現(xiàn)形式顯示到中控顯示屏、儀表板顯示屏和抬頭顯示器等（圖6）,。

圖6. MB86R20系列實(shí)現(xiàn)顯示控制（Integrated HMI）,。

“由于富士通半導(dǎo)體具備豐富的汽車人機(jī)界面開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，針對3D全虛擬儀表方案,，我們可以幫助客戶根據(jù)自己具體需求進(jìn)行個性化創(chuàng)新開發(fā),，可以自由集成虛擬儀表、倒車影像,、導(dǎo)航等信息,。”周浩洋指出。

此外,，為便于設(shè)計(jì)師和技術(shù)人員協(xié)作,，富士通半導(dǎo)體提供用于多屏(Integrated HMI)全液晶儀表系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)(HMI)工具“CGI Studio”。利用該工具可最大限度發(fā)揮MB86R20系列的性能,，由于設(shè)計(jì)師和技術(shù)人員的協(xié)同配合,，設(shè)計(jì)師所繪制的內(nèi)容通過MB86R20可立即再現(xiàn)出來，以減少產(chǎn)品化過程中的返工,。

實(shí)現(xiàn)帶識別功能的360°全景百萬像素3D成像系統(tǒng)

“帶識別功能的360°全景百萬像素3D成像系統(tǒng)”可用三維的方式并且無遺漏地向駕駛者傳遞汽車周圍的危險(xiǎn)情況,，能夠通過車載屏幕自由的觀察整車360°影像，在行駛,、倒車時可以獲得更詳盡的路面信息,，這就減少了因?yàn)檐囕v死角造成的事故發(fā)生概率，尤其是在人口稠密,、路況復(fù)雜的大城市,，這一功能對于安全駕駛的幫助非常巨大。

富士通半導(dǎo)體采用第二代SoC芯片MB86R10(Emerald)系列的360°全景百萬像素3D成像系統(tǒng)方案已投放市場,，正在全球范圍內(nèi)推廣,。而其基于第三代SoC芯片MB86R20系列的方案具有多通道6路全高清數(shù)字?jǐn)z像頭輸入接口，每路支持200萬像素,，每秒30幀,，搭載世界領(lǐng)先的360°全景拼接算法，具有漸進(jìn)物體檢測功能的ADAS系統(tǒng),?？赏瑫r實(shí)現(xiàn)從任意角度觀察汽車周圍情況和并減少視野盲區(qū)這兩項(xiàng)功能,，讓駕駛者更加安全、放心,。

圖7. 帶識別功能的360°全景百萬像素3D成像系統(tǒng),。

另外，由于可以同時處理來自6個攝像頭的影像,，因而可進(jìn)一步拓展適用場景的范圍以及提高三維影像表現(xiàn)的自由度,。

富士通半導(dǎo)體在世界上首次把漸近物體檢測功能（該功能可通知駕駛員附近的人、自行車和其它物體）集成到360°全景3D視頻成像系統(tǒng),，可以讓駕駛員從任何角度在3D環(huán)境下查看整個環(huán)境,。漸近物體算法是與富士通實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合開發(fā)的，作為360°全景3D視頻成像系統(tǒng)的一部分實(shí)施,，這尚屬世界首演,。

提供整套方案，縮短開發(fā)周期

富士通半導(dǎo)體還為其SoC提供用途廣泛的軟件工具包,，僅使用比以前更加少的工作量就可以完成高性能系統(tǒng)的一站式開發(fā),。例如，被納入多個模型的顯示模塊和平臺的開發(fā),，大大減少了顯示器系統(tǒng)的零部件數(shù)量,，同時還方便重復(fù)使用不同車輛模型的產(chǎn)品。其帶漸近物體檢測功能的360°全景百萬像素3D視頻成像系統(tǒng)不但兼容為前版技術(shù)開發(fā)的工具包軟件,，還具有軟件使能漸近物體檢測功能,。

最重要的，富士通半導(dǎo)體針對中國市場提供整套方案,，不只是提供底層的芯片及芯片的驅(qū)動,，還提供上層的應(yīng)用軟件，包括拼接算法,，UI的儀表設(shè)計(jì)工具等,，給客戶提供一站式服務(wù)。

“業(yè)內(nèi)的友商通常只是提供底層的芯片和驅(qū)動,，而上層的方案和軟件是來自第三方,，這樣，客戶就需要找第三方廠商合作,，而富士通半導(dǎo)體提供整套方案,，這意味著客戶拿到方案，工程師就可以開始設(shè)計(jì),，不需要找第三方。富士通半導(dǎo)體的方案使得客戶能夠在最短的時間內(nèi),，做出滿足市場需求的產(chǎn)品,，這就為客戶贏得了Time to Market,，促使產(chǎn)品快速上市。”周浩洋特別強(qiáng)調(diào),。