提升汽車(chē)儀表圖像的芯片方案 ―― 東芝TMPR46X（C

摘要：本文簡(jiǎn)要介紹了汽車(chē)儀表顯示的發(fā)展趨勢，并對東芝TMPR46X(Capricorn-Bt)的功能進(jìn)行了剖析。

引言

近年來(lái)，越來(lái)越多的半導體廠(chǎng)商將汽車(chē)作為一個(gè)重要應用出口，加以重視，而且，隨著(zhù)蘋(píng)果、谷歌等加入汽車(chē)生態(tài)系統，未來(lái)汽車(chē)電子應用會(huì )呈現爆發(fā)式增長(cháng)。車(chē)載儀表顯示作為汽車(chē)電子非常重要的應用，也是很多汽車(chē)廠(chǎng)商打造差異化的關(guān)注點(diǎn)。

1 車(chē)用顯示控制IC的發(fā)展方向

不少半導體廠(chǎng)商都已經(jīng)推出了汽車(chē)顯示控制IC，力圖打造更多功能給駕乘者帶來(lái)更好的用戶(hù)體驗。東芝從2002年就已經(jīng)開(kāi)始推出用于汽車(chē)儀表顯示的控制IC，從第一代的TX3916AF、TX4961XBG(Capricorn-M)到TMPR460/461/462/463XBG(Capricorn-Bt)，再到現在正在研發(fā)中的TZ系列，顯示維度也開(kāi)始由2D向3D過(guò)渡。東芝的汽車(chē)顯示控制器設計用于提供顯示儀表盤(pán)應用，這些控制器在一個(gè)單一的芯片上集成了CPU、圖形引擎、和各種接口，而且東芝也開(kāi)發(fā)了具有步進(jìn)馬達控制器(可控制模擬儀表)的汽車(chē)顯示控制器。

2 TMPR46X(Capricorn-Bt)的優(yōu)勢

Capricorn-Bt系列是東芝目前比較成熟的解決方案，可以減輕車(chē)廠(chǎng)日益嚴重的成本壓力，并滿(mǎn)足未來(lái)新能源汽車(chē)的需求。此系列產(chǎn)品采用ARM Cortex-R4內核，主頻達到300MHz，具有定時(shí)和存儲數據保護功能，內置高性能安全編碼譯碼功能，3路CAN接口，2路UART接口，2路SPI接口，支持5路步進(jìn)電機控制，2個(gè)獨立圖像輸出控制器，時(shí)鐘全自動(dòng)校準，2D圖像加速器(可以做到2.5D的效果)。而TMPR461(Capricorn-Bt1)擁有外置的Flash，TMPR462/3/4(Capricorn-Bt2/3/4)擁有內置的4M、8M、16M Flash。

2.1 屏幕分辨率

現在市場(chǎng)上的全虛擬儀表的屏幕分辨率一般是1280×480或者是1440×560，而TMPR46X(Capricorn-Bt)系列的屏幕分辨率可以達到4095×2047，由于它的分辨率比較高，虛擬表都能支持、覆蓋。而且在成本方面，相對來(lái)說(shuō)也是比較低的。也就是說(shuō)，如果有不同尺寸的屏幕需求，客戶(hù)不需要在IC上做任何改變，只需要換上相應屏就可以，支持的屏幕尺寸可以從5寸到12.3寸，甚至是15寸也可以。這樣就相當于在一個(gè)通用的平臺上設計很多產(chǎn)品，從而可以在很大程度上降低研發(fā)成本，節約開(kāi)發(fā)時(shí)間。

2.2 圖像引擎

Capricorn-Bt系列還可以支持內置和外置的SDRAM和LPDDR，Flash。該圖像引擎里包含貼圖引擎、畫(huà)圖引擎、旋轉引擎、變形引擎。其中，市場(chǎng)上比較常見(jiàn)的是貼圖引擎和畫(huà)圖引擎，這類(lèi)引擎同行都有。但是在畫(huà)圖引擎方面，Capricorn-Bt有獨特的亮點(diǎn)，東芝將其精確到了1/16的像素，而其他廠(chǎng)商是以一個(gè)像素為最小單元。這樣采用Capricorn-Bt就能夠使圖像顯示更加細膩，大大減小鋸齒感。

2.3 虛擬儀表

現在儀表顯示越來(lái)越多的會(huì )用到虛擬儀表，在設計虛擬儀表的時(shí)候會(huì )牽涉到指針的旋轉問(wèn)題，Capricorn-Bt具有抗鋸齒功能，這樣指針走動(dòng)起來(lái)就會(huì )比較平滑，其最低的旋轉角度是0.1度，而且還具有高精度的過(guò)濾功能。而且更為重要的是程序員的要求比較低，編程人員只需要給定一個(gè)背景和一個(gè)前景的需要旋轉的圖片，然后通過(guò)自己編寫(xiě)的程序來(lái)指定旋轉引擎的旋轉角度和貼圖的X、Y位置，Capricorn-Bt的旋轉引擎就能自動(dòng)完成旋轉動(dòng)作。

2.4 變形引擎

還有一個(gè)重要應用就是變形引擎，可以對后視鏡和前視鏡的校正。一般后視鏡都是魚(yú)眼鏡頭，成像之后它是一個(gè)扭曲的圖像，如果想讓它顯示平直就需要用到變形引擎功能了。圖像通過(guò)TMPR46X的變形引擎，能夠將扭曲的圖像變成一個(gè)平直的圖像或將一個(gè)平直的圖像變成扭曲的圖像，它的特點(diǎn)在于變形是實(shí)時(shí)的，不需要MCU運算，由硬件來(lái)完成。這樣可以降低開(kāi)發(fā)難度。

Capricorn-Bt變形引擎(如圖2)的靈活性非常高，可以任意地變形，都是由硬件完成，而且具有顏色校正功能，比如對亮度、色度、對比度進(jìn)行提升，可以對整個(gè)顏色的通道進(jìn)行替換。

2.5 視頻智能捕捉

關(guān)于視頻智能捕捉功能，camera(攝像頭)輸入的圖像是數字格式，Capricorn-Bt的特點(diǎn)是最高可支持圖像的分辨率為2048×1024，存儲的RAM是1024×512。對于視頻的捕捉，可以從視頻捕捉的圖像中直接截取其中的一部分，然后進(jìn)行放大或者縮小，這個(gè)過(guò)程不需要軟件來(lái)參與，也是由硬件來(lái)完成。

2.6 多碼流同時(shí)解碼

Capricorn-Bt還支持多碼流同時(shí)解碼，支持兩個(gè)解碼器，其中一個(gè)叫PNG解碼器，PNG解碼對壓縮圖像非常有優(yōu)勢，一個(gè)WVGA的圖像沒(méi)有壓縮時(shí)，可能達到1.5M，如果經(jīng)過(guò)PNG壓縮以后，可以壓縮80%的容量。這樣可以節省RAM和FLASH的空間，進(jìn)而可以降低成本。另一個(gè)叫RLE壓縮方式，RLE是無(wú)損壓縮，能達到很大的壓縮比例，對節約FLASH成本也極具優(yōu)勢。

2.7 失真協(xié)調

現在，為了節約開(kāi)發(fā)成本，加快產(chǎn)品上市時(shí)間，很多的產(chǎn)品都會(huì )打造一個(gè)開(kāi)發(fā)平臺，而且平臺型開(kāi)發(fā)就意味著(zhù)工程師所有的產(chǎn)品都是以最高的標準來(lái)進(jìn)行設計。但是，如果工程師要做一些低端產(chǎn)品，就可能需要用到666屏或565屏，此時(shí)，由于圖像的低位缺失，會(huì )造成失真現象(圖3左側圖片顯示)，東芝的車(chē)載儀表控制平臺的dither插件可以進(jìn)行失真協(xié)調(圖3右側圖片顯示)，保證在平臺上開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品在高中低端領(lǐng)域均會(huì )有出色的顯示效果。

3 市場(chǎng)

目前，東芝半導體的Capricorn-Bt系列車(chē)載儀表控制芯片在全球范圍內的銷(xiāo)售已經(jīng)超過(guò)了1千萬(wàn)片，其中40%來(lái)自歐洲市場(chǎng)，包括寶馬5、6、7系產(chǎn)品都在使用。