汽車儀表盤中圖形顯示技術(shù)應用

由于TFT顯示屏價格下降以及相應的計算功能開始應用于嵌入式領(lǐng)域，這使基于圖形的解決方案在價格上變得可負擔。由于儀表盤是最重要的HMI組成之一，并且就放在駕駛員面前供其隨時查看，因此對于汽車廠商來說是這一個非常重要的差異化特性。對于高端汽車，這將導致汽車廠商在這一領(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值，因為它被認為是一種高科技特性。這導致出現(xiàn)了使用高級的圖形技術(shù)模擬機械式儀表的情況。嘗試新的可能性僅僅是開始，但是在該領(lǐng)域仍然存在巨大的改進空間。參考消費品行業(yè)的產(chǎn)品，很顯然，良好定義的用戶界面如今已成為一個重要的差異化因素。該領(lǐng)域進行優(yōu)化的總體思路就是以更簡單的方式顯示更復雜的信息-如何在汽車領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)這一點，目前還在探索和發(fā)展之中。這樣做的優(yōu)點不僅僅體現(xiàn)在技術(shù)方面，還表現(xiàn)在商業(yè)方面。使用圖形技術(shù)可以很容易地向儀表盤添加品牌標記。通過對HMI使用外殼或者支持下載額外的應用，也許會創(chuàng)造新的收入流。

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

　　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了嵌入式領(lǐng)域中可用的計算性能，這意味著呈現(xiàn)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(zhàn)——其中的一些挑戰(zhàn)與手持設(shè)備中遇到的問題類似。汽車解決方案的一個關(guān)鍵特征就是功能安全性，而計算機和手持設(shè)備市場則沒有這方面的要求。在汽車儀表盤呈現(xiàn)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(xiàn)錯誤的信息是難以接受的行為。

　　應用實例

　　在當前市場，我們看到圖形儀表盤顯示屏被明確劃分為幾個類別。這種劃分基本上是由解決方案的成本驅(qū)動的，因為加上較大顯示屏后價格會增加較多，致使中低端汽車無法承受。所有分類的一個共同點就是都需要使用模擬指針 – 可以實現(xiàn)為機電式指針，或使用復雜的圖形解決方案呈現(xiàn)逼真的指針。

　　1.中間插接顯示屏

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

　　該顯示屏用于呈現(xiàn)當前油料消耗、溫度或類似的信息。還可以有選擇地呈現(xiàn)來自信息娛樂系統(tǒng)的信息。

　　中高端汽車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，甚至是泊車輔助系統(tǒng)的鳥瞰圖。

　　由于機電儀表的儀表盤分區(qū)是固定的，因此不適用于這種情形。

　　2.兩個帶有中心量程的顯示屏

　　一種基于傳統(tǒng)機電式指針但同時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(shè)計一個顯示屏。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固定的機電式指針。

　　3.全面可配置的儀表盤

　　全面可配置的儀表盤使用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。由于沒有使用機械式指針，當前的實現(xiàn)主要側(cè)重于呈現(xiàn)逼真的模擬指針。由于儀表盤內(nèi)容完全由軟件定義，因此可以靈活地針對具體使用情形調(diào)整。通過放大、縮小或移動與當前情況無關(guān)的內(nèi)容，可以將夜視圖等依賴具體情況的信息有效地集成到儀表盤中。

　　4.平視顯示屏

　　平視顯示屏可以將圖像信息投影到擋風玻璃上。這種顯示屏的分辨率通常很低，并且圖像內(nèi)容也非常簡單。平視顯示屏的內(nèi)容必須進行預彎曲處理，從而補償由彎曲的擋風玻璃引起的變形。實現(xiàn)預彎曲處理的方式有許多種，包括軟件、圖形加速器或?qū)Ｓ玫挠布?。平視顯示屏在儀表盤中通常結(jié)合TFT顯示屏使用。

技術(shù)

應用實例的復雜度是不同的。原因有以下幾個。

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

　　● 動畫頻率：只要顯示快速的移動，就必須提供一個較高的動畫頻率。一個重要的用例就是速度計或轉(zhuǎn)速表中的量程指針。

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

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

　　1.光柵圖形

　　在光柵圖形中，每個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(qū)域。

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

　　光柵圖形是一種常見的自然影像(照片)技術(shù)，大多數(shù)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(qū)域。光柵圖形加速器通常執(zhí)行內(nèi)存到內(nèi)存之間的操作，即從內(nèi)存中讀取元數(shù)據(jù)，然后將結(jié)果數(shù)據(jù)寫入內(nèi)存。目前尚不存在普遍認可的API標準。一些專有API都提供了類似的功能。較為先進的加速器在此基礎(chǔ)上提供了繪制基本圖形的功能，如繪制線條和圓圈。

　　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(jié)果不會寫回到內(nèi)存。直接位圖傳送引擎是顯示屏控制器的一部分，它把從內(nèi)存的不同位置讀取的每個幀組成最終的圖像。對嵌入式系統(tǒng)使用直接位圖傳送引擎的主要優(yōu)點是可以節(jié)省內(nèi)存和內(nèi)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(shù)據(jù)，如某些矩形的位置，而不是修改像素數(shù)據(jù)本身。直接位圖傳送引擎的最大缺點就是合并后的限制。當超出設(shè)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，那么只會導致呈現(xiàn)時間延長。這方面的解決方案有一個專有API，在引擎功能方面存在顯著的差異。