汽車(chē)儀表盤(pán)中圖形顯示技術(shù)應用

由于TFT顯示屏價(jià)格下降以及相應的計算功能開(kāi)始應用于嵌入式領(lǐng)域，這使基于圖形的解決方案在價(jià)格上變得可負擔。由于儀表盤(pán)是最重要的HMI組成之一，并且就放在駕駛員面前供其隨時(shí)查看，因此對于汽車(chē)廠(chǎng)商來(lái)說(shuō)是這一個(gè)非常重要的差異化特性。對于高端汽車(chē)，這將導致汽車(chē)廠(chǎng)商在這一領(lǐng)域投入大量資金。目前，TFT顯示屏在該領(lǐng)域似乎仍然被駕駛者認為具有附加價(jià)值，因為它被認為是一種高科技特性。這導致出現了使用高級的圖形技術(shù)模擬機械式儀表的情況。嘗試新的可能性?xún)H僅是開(kāi)始，但是在該領(lǐng)域仍然存在巨大的改進(jìn)空間。參考消費品行業(yè)的產(chǎn)品，很顯然，良好定義的用戶(hù)界面如今已成為一個(gè)重要的差異化因素。該領(lǐng)域進(jìn)行優(yōu)化的總體思路就是以更簡(jiǎn)單的方式顯示更復雜的信息-如何在汽車(chē)領(lǐng)域實(shí)現這一點(diǎn)，目前還在探索和發(fā)展之中。這樣做的優(yōu)點(diǎn)不僅僅體現在技術(shù)方面，還表現在商業(yè)方面。使用圖形技術(shù)可以很容易地向儀表盤(pán)添加品牌標記。通過(guò)對HMI使用外殼或者支持下載額外的應用，也許會(huì )創(chuàng )造新的收入流。

　　帶有圖形顯示的汽車(chē)儀表盤(pán)對此類(lèi)解決方案的開(kāi)發(fā)提出了新的技術(shù)挑戰。儀表板的復雜程度至少增加了一個(gè)數量級。雖然該領(lǐng)域中使用的圖形技術(shù)本身來(lái)自于PC領(lǐng)域，但是在汽車(chē)中的應用則剛剛出現。這需要開(kāi)發(fā)團隊具備新的技能，需要相當長(cháng)的時(shí)間來(lái)完成陡峭的學(xué)習曲線(xiàn)。

　　PC圖像質(zhì)量對于電子消費品已經(jīng)很普遍，但是PC中的計算性能遠遠超過(guò)了嵌入式領(lǐng)域中可用的計算性能，這意味著(zhù)呈現逼真的圖像將變得更加困難。

　　與PC領(lǐng)域相比，嵌入式領(lǐng)域還需要解決功耗和溫度等挑戰——其中的一些挑戰與手持設備中遇到的問(wèn)題類(lèi)似。汽車(chē)解決方案的一個(gè)關(guān)鍵特征就是功能安全性，而計算機和手持設備市場(chǎng)則沒(méi)有這方面的要求。在汽車(chē)儀表盤(pán)呈現的信息中，至少有一部分信息被認為是與安全有關(guān)的。在這里，呈現錯誤的信息是難以接受的行為。

　　應用實(shí)例

　　在當前市場(chǎng)，我們看到圖形儀表盤(pán)顯示屏被明確劃分為幾個(gè)類(lèi)別。這種劃分基本上是由解決方案的成本驅動(dòng)的，因為加上較大顯示屏后價(jià)格會(huì )增加較多，致使中低端汽車(chē)無(wú)法承受。所有分類(lèi)的一個(gè)共同點(diǎn)就是都需要使用模擬指針 – 可以實(shí)現為機電式指針，或使用復雜的圖形解決方案呈現逼真的指針。

　　1.中間插接顯示屏

　　插接顯示屏是一種最常見(jiàn)的實(shí)例，目前已經(jīng)開(kāi)始普及到低端汽車(chē)。儀表盤(pán)顯示屏仍然使用機械針，但是提供了一個(gè)額外的顯示屏，通常位于量程之間的中心位置。入門(mén)級使用4英寸QVGA或WQVGA顯示屏。

　　該顯示屏用于呈現當前油料消耗、溫度或類(lèi)似的信息。還可以有選擇地呈現來(lái)自信息娛樂(lè )系統的信息。

　　中高端汽車(chē)通常使用更大尺寸的比例顯示屏。這使得顯示屏可顯示照相機圖像，如夜視圖、后視攝像圖，甚至是泊車(chē)輔助系統的鳥(niǎo)瞰圖。

　　由于機電儀表的儀表盤(pán)分區是固定的，因此不適用于這種情形。

　　2.兩個(gè)帶有中心量程的顯示屏

　　一種基于傳統機電式指針但同時(shí)提供擴展的圖形功能的折中方案就是，在中央機械量程的兩旁各設計一個(gè)顯示屏。這種方案可以更加靈活地顯示信息，但是仍然使用固定的布局和一個(gè)固定的機電式指針。

　　3.全面可配置的儀表盤(pán)

　　全面可配置的儀表盤(pán)使用1600×480像素分辨率的大尺寸顯示屏。這些顯示屏仍然是一項較大的成本因素，因此目前其應用僅限于高端汽車(chē)。由于沒(méi)有使用機械式指針，當前的實(shí)現主要側重于呈現逼真的模擬指針。由于儀表盤(pán)內容完全由軟件定義，因此可以靈活地針對具體使用情形調整。通過(guò)放大、縮小或移動(dòng)與當前情況無(wú)關(guān)的內容，可以將夜視圖等依賴(lài)具體情況的信息有效地集成到儀表盤(pán)中。

　　4.平視顯示屏

　　平視顯示屏可以將圖像信息投影到擋風(fēng)玻璃上。這種顯示屏的分辨率通常很低，并且圖像內容也非常簡(jiǎn)單。平視顯示屏的內容必須進(jìn)行預彎曲處理，從而補償由彎曲的擋風(fēng)玻璃引起的變形。實(shí)現預彎曲處理的方式有許多種，包括軟件、圖形加速器或專(zhuān)用的硬件。平視顯示屏在儀表盤(pán)中通常結合TFT顯示屏使用。

技術(shù)

應用實(shí)例的復雜度是不同的。原因有以下幾個(gè)。

　　● 屏幕尺寸：各種屏幕尺寸導致生成的像素也有很大的差異。對于目前市場(chǎng)上已有的或正在開(kāi)發(fā)的解決方案，每個(gè)幀需要處理的像素范圍為75k像素到1.3M像素。

　　● 動(dòng)畫(huà)頻率：只要顯示快速的移動(dòng)，就必須提供一個(gè)較高的動(dòng)畫(huà)頻率。一個(gè)重要的用例就是速度計或轉速表中的量程指針。

　　● 場(chǎng)景復雜性：各種期望的光學(xué)效果，包括典型的圖形用戶(hù)界面菜單，和有發(fā)光、反射和陰影效果渲染的3D場(chǎng)景。

　　為了滿(mǎn)足前一章節描述的不同復雜程度的用例，需要應用不同的技術(shù)來(lái)生成圖像。

　　1.光柵圖形

　　在光柵圖形中，每個(gè)像素的顏色值都將被保存。圖元處理通常就是指處理由像素組成的矩形區域。

　　光柵圖形的一個(gè)重要特征就是會(huì )受到分辨率的影響?？s放將導致出現嚴重的光衰減。

　　光柵圖形是一種常見(jiàn)的自然影像(照片)技術(shù)，大多數圖形格式都可以表示光柵圖形(jpg、bmp、png、gif)。許多應用都支持處理光柵圖形，包括Adobe Photoshop、GIMP、Aperture。

　　1.1 光柵圖形處理器

　　要加速光柵圖形，標準解決方案就是使用光柵圖形處理器，該工具能夠復制/填充/組合由像素組成的矩形區域。光柵圖形加速器通常執行內存到內存之間的操作，即從內存中讀取元數據，然后將結果數據寫(xiě)入內存。目前尚不存在普遍認可的API標準。一些專(zhuān)有API都提供了類(lèi)似的功能。較為先進(jìn)的加速器在此基礎上提供了繪制基本圖形的功能，如繪制線(xiàn)條和圓圈。

　　1.2 直接位圖傳送引擎(精靈引擎)

　　與光柵圖形處理器類(lèi)似，直接位圖傳送引擎也處理像素組成的矩形。關(guān)鍵差別在于圖形操作的結果不會(huì )寫(xiě)回到內存。直接位圖傳送引擎是顯示屏控制器的一部分，它把從內存的不同位置讀取的每個(gè)幀組成最終的圖像。對嵌入式系統使用直接位圖傳送引擎的主要優(yōu)點(diǎn)是可以節省內存和內存帶寬。此外，它還可以非常高效地生成圖形，因為只需要修改元數據，如某些矩形的位置，而不是修改像素數據本身。直接位圖傳送引擎的最大缺點(diǎn)就是合并后的限制。當超出設備功能的極限后，將難以生成更復雜的圖形。如果使用的是光柵圖形，那么只會(huì )導致呈現時(shí)間延長(cháng)。這方面的解決方案有一個(gè)專(zhuān)有API，在引擎功能方面存在顯著(zhù)的差異。