便攜式設(shè)計(jì)的高速視頻總線設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)

猶記在1980年的時(shí)候，一位朋友在Commodore 64屏幕上繪制出第一幅萬(wàn)寶路煙盒的計(jì)算機(jī)圖像。他利用DOS操作系統(tǒng)編寫出一套軟件程序，將各個(gè)像素和像素域的色彩值及地址輸出到 CRT 屏幕上，花費(fèi)幾小時(shí)的時(shí)間完成紅、黑和白三色影像。如今，技術(shù)的發(fā)展完全不可同日而語(yǔ)！不論是專業(yè)的美工人員，還是對(duì)于如何正確調(diào)整像素位置一竅不通的門外漢，都能設(shè)計(jì)出影像。顯示設(shè)備不只配備高級(jí)的電子組件，更有引人注目的美學(xué)設(shè)計(jì)和可移植性。數(shù)字顯示技術(shù)使得彩色影像無(wú)處不在，客廳里視頻管線所能達(dá)到的傳輸速率如今已接近令人難以置信的330×1010b/s。那段煙味彌漫和充斥DOS影像的日子已經(jīng)一去不復(fù)返，相當(dāng)令人慶幸！

行動(dòng)產(chǎn)品視頻發(fā)展歷程回顧
由于數(shù)字處理技術(shù)不斷演進(jìn)，嶄新的個(gè)人計(jì)算世界才得以實(shí)現(xiàn)，進(jìn)而引起大流量數(shù)據(jù)傳輸管線的需求。在投影技術(shù)主要采用CRT屏幕的年代，視頻數(shù)據(jù)大多被編碼為模擬信號(hào)，并且在阻抗受到控制的環(huán)境中可達(dá)到絕佳的傳輸效果。但模擬顯示器并不適用于便攜式電子產(chǎn)品。直到液晶顯示器的問(wèn)世，便攜設(shè)備才真正能顯示視頻，視頻接口從此便完全數(shù)字化。對(duì)屏幕分辨率要求較低的小屏幕而言，CPU接口是最常見(jiàn)的解決方案。這只是一種從視頻來(lái)源到顯示器的平行數(shù)據(jù)總線，驅(qū)動(dòng)的方式與內(nèi)存總線相同。顯示器內(nèi)部的區(qū)域單元格緩沖器(local frame buffer)可支持速度相當(dāng)慢的微處理器。

第二代顯示技術(shù)造就出彩色顯示器，由于需要速度更快的數(shù)據(jù)管線，再加上體積外型日益縮小的手機(jī)設(shè)計(jì)，使得顯示器成為適應(yīng)性強(qiáng)和具吸引力的設(shè)計(jì)組件。再者，連接處理器與可旋轉(zhuǎn)顯示器的線路必須更少、更快速。當(dāng)時(shí)，有些公司運(yùn)用數(shù)據(jù)串行化的概念來(lái)克服這一瓶頸，像是National Semiconductor的MPL技術(shù)，以及Fairchild的μSerdes技術(shù)。它們的基本原理都是在圖形來(lái)源附近安裝離散發(fā)送器(序列器)，并且在顯示器面板附近安裝離散接收器(解序列器)。后者通常直接安裝在軟性印刷電路板(FPC)纜在線，而FPC將主運(yùn)算處理板與顯示器面板相互連接。這一系統(tǒng)的目標(biāo)分辨率可達(dá)到QVGA等級(jí)，但色彩分辨率不超過(guò)16位/像素。

有了先進(jìn)的顯示技術(shù)，便能夠呈現(xiàn)更高的分辨率和更鮮明的色彩。其中的顯示分辨率是QVGA的2～6倍，并高達(dá)24位/像素色彩分辨率，因此需要再次增加數(shù)據(jù)處理量。此時(shí)，區(qū)域單元格緩沖器變得體積龐大且成本高昂，使用于筆記本電腦中的RGB視頻接口便取代了原先的CPU接口。然而，與筆記本電腦相比，手機(jī)需要更長(zhǎng)的待機(jī)和運(yùn)作時(shí)間，也就需要比筆記本電腦技術(shù)更低功耗的解決方案。為了克服這個(gè)瓶頸，德州儀器將FlatLink3G技術(shù)導(dǎo)入該公司的OMAP應(yīng)用處理器平臺(tái)中，同時(shí)推出獨(dú)立式發(fā)送器和接收器IC。此項(xiàng)技術(shù)的開(kāi)發(fā)得到多家顯示驅(qū)動(dòng)器和面板設(shè)計(jì)廠商的支持，其他一些公司也采取類似的方法解決這個(gè)問(wèn)題，例如，Qualcomm運(yùn)用行動(dòng)顯示數(shù)字接口(MDDI)技術(shù)，視頻電子標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)(VESA)接著也采用MDDI。而Maxim決定使用獨(dú)立式橋接解決方案，將纜線的數(shù)目減少為一條，只將頻率嵌入于資料中。現(xiàn)有的 CPU 接口序列器解決方案也開(kāi)始提供RGB視頻接口。最終，行動(dòng)設(shè)備設(shè)計(jì)人員希望能找到一種方法，將發(fā)送器整合于繪圖引擎，并且將接收器整合于顯示器。

圖1 智能型手機(jī)使用離散序列器(發(fā)送)和解序列器 (接收)的實(shí)例

只有少數(shù)解決方案(例如，MDDI和FlatLink3G)能真正達(dá)到這樣的整合，幾種同類型概念的產(chǎn)品都使用復(fù)雜的模擬設(shè)計(jì)技術(shù)(如MPL)，雖然能夠降低功耗，但是要使之整合于標(biāo)準(zhǔn)CMOS發(fā)送器技術(shù)或高壓顯示驅(qū)動(dòng)器技術(shù)則相當(dāng)困難。

有了上述全部技術(shù)后，卻出現(xiàn)一個(gè)新的問(wèn)題：系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員如何在不同的廠商之間選擇正確的組件，并將這些組件互相連接？這需要將所有技術(shù)相互整合的解決方案。為了解決這個(gè)問(wèn)題，囊括移動(dòng)產(chǎn)業(yè)中大多數(shù)領(lǐng)導(dǎo)廠商的移動(dòng)產(chǎn)業(yè)處理器接口(MIPI)聯(lián)盟開(kāi)發(fā)出顯示串行接口(DSI)技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)將移動(dòng)產(chǎn)品內(nèi)的繪圖引擎與顯示器相互連接，同時(shí)結(jié)合CPU和RGB視頻接口的優(yōu)點(diǎn)。透過(guò)數(shù)據(jù)的封包化，DSI的功效變得相當(dāng)強(qiáng)大，不但能協(xié)助發(fā)送器整合于應(yīng)用處理器，且能將DSI接收器整合于顯示驅(qū)動(dòng)器。然而，DSI的離散橋接解決方案仍不甚理想，因?yàn)榉獍嫦喈?dāng)昂貴，而且會(huì)增加更多功耗。FlatLink3G之類的專屬替代方法就顯得極具競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，而且不需使用任何軟件。