汽車(chē)儀表板用內置TFT顯示控制器的32位微控制器

前言

20年來(lái)，汽車(chē)電子系統的復雜性大幅提高，大量的新功能要求向駕駛員顯示大量的狀態(tài)信息。這種狀態(tài)信息通常是利用簡(jiǎn)單的LED、字段式LCD或者點(diǎn)陣式LCD顯示器通過(guò)儀表板提供給駕駛員。

過(guò)去，以下幾大原因使TFT顯示器不能廣泛用于汽車(chē)市場(chǎng)：TFT平板顯示器價(jià)格昂貴，達不到汽車(chē)級質(zhì)量和可靠性標準，驅動(dòng)顯示器和管理HMI界面的電子元器件成本昂貴。系統所需的電子元器件，如圖形加速器和閃存或SDRAM/DDRAM內存，也擴大了對汽車(chē)成本、質(zhì)量和可靠性的影響。因為最終的成本很高，TFT液晶顯示器式儀表板只用于產(chǎn)量很小的高端汽車(chē)。

標準圖形解決方案的缺點(diǎn)是需要大容量的禎緩存，這種緩存采用RAM存儲器技術(shù)，集成成本很高。SPC56xS系列微控制器的主要創(chuàng )新之處是一個(gè)新的無(wú)緩存概念，使微控制器能夠從任意內存單元（閃存或RAM）取出圖形。此外，圖形信息分層保存，通過(guò)優(yōu)化每層的色深，可最大限度地降低顯存容量。一個(gè)直接無(wú)緩存的位塊圖像傳送器負責整合圖像，圖像生成性能非常優(yōu)異，占用的內存和帶寬資源也非常小。

最終對系統資源需求的降低，特別是內存容量的要求，為單片集成完整的基礎設施鋪平了道路。因為支持典型的QVGA/WQVGA顯示格式，這個(gè)解決方案有助于降低儀表板的半導體元器件的成本。

從低端無(wú)圖形顯示器的儀表板微控制器，到中高端支持TFT顯示器的儀表板微控制器，意法半導體的SPC56xS系列微控制器提供全系列的單片解決方案，其中高端解決方案還支持矢量圖形技術(shù)。

結合汽車(chē)級TFT平板供應商的范圍不斷擴大，產(chǎn)品價(jià)格大幅降低，這個(gè)創(chuàng )新的產(chǎn)品組合可推動(dòng)汽車(chē)廠(chǎng)商在所有汽車(chē)平臺上部署圖形顯示器。

汽車(chē)儀表板TFT顯示器的挑戰

當試圖了解汽車(chē)儀表板的要求時(shí)，應先知道顯示器市場(chǎng)的三大挑戰：

•系統成本限制

•質(zhì)量和可靠性問(wèn)題

•在給定系列產(chǎn)品內的系統兼容性和擴展性

若想了解這三大問(wèn)題，我們須回顧一下現存的經(jīng)典的系統架構。

基本儀表板架構

圖1是一個(gè)基本儀表板的架構。

基本儀表板含有車(chē)速表、發(fā)動(dòng)機轉速表、油量表或機油溫度表?；緝x表板通常需要四到六塊測量或指示儀表，這些儀表是由微控制器的步進(jìn)電機控制輸出來(lái)控制的。

在信息顯示方面，這些架構使用一個(gè)并行LCD總線(xiàn)、一個(gè)SPI總線(xiàn)或脈寬調制信號分別驅動(dòng)一個(gè)字段式LCD、點(diǎn)陣式LCD或LED顯示器。為了與傳感器、執行器或車(chē)身控制器通信，這些架構還需要幾條通信總線(xiàn)。通常是LIN或CAN總線(xiàn)。

為了優(yōu)化成本，這類(lèi)應用采用單層或雙層印刷電路板。

現代TFT顯示器儀表板架構

TFT顯示器式儀表板有多種形式：有或無(wú)機械儀表、單儀表或雙儀表。圖2所示是現代儀表板的一種常見(jiàn)架構。

圖2:現代TFT顯示器儀表板架構

這個(gè)架構還是采用與圖1相同型號的微控制器控制儀表板外設（如儀表），另外還增加一個(gè)專(zhuān)用圖形控制器。圖形控制器通過(guò)快速SPI或EBI總線(xiàn)接收儀表板微控制器發(fā)送的HMI信息。這個(gè)架構需要把圖形數據保存在外部并行閃存內。處理圖形數據需要使用SDRAM/DDRAM外存元件內的幾個(gè)緩存。這些緩存通常決定顯示器的大小和分辨率。因為緩存過(guò)大，很難把它們集成到一個(gè)單片電路。顯示數據通過(guò)顯示控制器送到TFT面板。

這個(gè)示例有助于理解這個(gè)架構與上面三大挑戰相關(guān)的限制因素:

•系統成本:該架構需要共計四個(gè)半導體元器件，排除了使用簡(jiǎn)單印刷電路板的可能；需使用多層印刷電路板或多塊電路板。由于需要傳輸的圖形數據量大，帶寬需求很大。

•質(zhì)量與可靠性:器件采用不同的封裝和技術(shù)，從而增加了質(zhì)量和可靠性問(wèn)題。如果使用多塊電路板，連接器觸點(diǎn)問(wèn)題必須給予考慮。

•系統兼容性與擴展性:當設計衍生應用時(shí)，器件復雜性和多引腳封裝通常導致印刷電路板重新設計和軟硬件不兼容的問(wèn)題。

如何用SPC56xS系列微控制器創(chuàng )新儀表板架構

通過(guò)在主儀表板微控制器內集成HMI和圖形顯示控制器，SPC56xS系列微控制器可大幅節省系統成本。儀表板架構如圖4所示。

圖3:SPC56xSTFT顯示器儀表板架構

一個(gè)創(chuàng )新的對帶寬和存儲器要求非常有限的硬件圖形控制器為這個(gè)架構的實(shí)現提供了可能。

圖4:SPC56xS60結構框圖

這個(gè)概念采用一個(gè)顯示控制器，該控制器由一個(gè)直接無(wú)緩存位塊圖像傳送器組成?？刂破鲝母鞣N存儲資源中取出預生成的或軟件生成的被稱(chēng)作圖層的位圖，然后把它們整合到顯示器內，無(wú)需通過(guò)使用緩存機制。在硬件整合并顯示圖像前，仲裁機制總是先對位圖排序。

圖5:顯示控制器概念

這個(gè)架構的優(yōu)點(diǎn)：

•系統成本:作為一款單片器件，SPC56xS可處理標準儀表板外設以及HMI和圖形顯示。該器件采用標準的LQFP封裝，準許整個(gè)系統使用一個(gè)低價(jià)雙層印刷電路板。如果需要處理更多的圖形內容，可通過(guò)QSPI接口增加引腳數量少的串口四路輸入輸出閃存。

•質(zhì)量與可靠性:使用統一的技術(shù)和封裝，大幅降低驗證成本，無(wú)質(zhì)量和可靠性風(fēng)險。

•系統兼容性與擴展性：SPC56xS系列產(chǎn)品定位于基本型儀表板和TFT顯示器儀表板，保持軟硬件在不同級別應用中的兼容性。為提升圖形處理性能，某些產(chǎn)品還集成了圖形引擎。

結論

意法半導體的SPC56xS系列微控制器提供的創(chuàng )新方法為汽車(chē)市場(chǎng)大規模使用基于TFT顯示器的儀表板創(chuàng )造了機會(huì )。同一系列產(chǎn)品適用于各種儀表板，而且功能經(jīng)過(guò)改進(jìn)，系統成本低廉，質(zhì)量上乘，可靠性高。

該系列的首款產(chǎn)品SPC56xS60內置一個(gè)帶片上顯存的16圖層4平面顯示控制器，目前設計驗證和項目開(kāi)發(fā)用樣片現已上市。