面向車載應(yīng)用的高性能圖形系統(tǒng)控制器

富士通高性能圖形系統(tǒng)控制器產(chǎn)品整合了“FR81S”這款高性能的CPU內(nèi)核，是集合彩色顯示和視頻輸入及儀表控制等各種功能為一體的單一芯片解決方案。該系列產(chǎn)品可應(yīng)用于汽車儀表板，除支持彩色液晶顯示的MB91590系列外，富士通還推出了支持段型液晶顯示的MB91570系列。

概要

下一代車載系統(tǒng)將應(yīng)用于混合動(dòng)力車和電動(dòng)車等新型控制系統(tǒng)，這就要求各控制單元具備更高效能與更高功能整合度，可以預(yù)見信息顯示也會(huì)相應(yīng)地升級(jí)。因此這些系統(tǒng)需要高性能的系統(tǒng)控制器，以便能夠?qū)碜愿鞣N外圍組件的信息進(jìn)行實(shí)時(shí)響應(yīng)，并運(yùn)用豐富的圖形化接口來顯示信息。此外，市場(chǎng)對(duì)于顯示視頻信息的需求預(yù)計(jì)將會(huì)增長(zhǎng)，車載攝影機(jī)會(huì)被廣泛運(yùn)用以改善行車安全。

此次，富士通針對(duì)車載應(yīng)用推出了6款“MB91590系列”系統(tǒng)芯片，支持汽車儀表板（儀表面板）和車載HMI系統(tǒng)，將彩色顯示、視頻輸入和儀表控制集成于單一芯片中。該系列產(chǎn)品在1個(gè)單塊芯片中，整合了世界級(jí)的高性能CPU內(nèi)核“FR81S”、獨(dú)特的Sprite圖形顯示控制器（GDC）、圖形顯示內(nèi)存（VRAM）、針對(duì)外部輸入圖像的視頻捕捉，以及CAN和LIN等通訊功能。由于以往的系統(tǒng)由圖形顯示控制器、控制用MCU和外部圖形顯示內(nèi)存等部分組成，因此與以往系統(tǒng)相比，新產(chǎn)品系列通過減少外圍電路降低了成本，縮小了芯片封裝體積。此外，由于減少了噪聲產(chǎn)生源的外部連接總線數(shù)量，削減了除噪聲組件，因而系統(tǒng)可以更低成本地實(shí)現(xiàn)高性能。

圖1所示為系統(tǒng)架構(gòu)實(shí)例。

為保證研發(fā)人員順利地將這些產(chǎn)品運(yùn)用于設(shè)計(jì)中，富士通提供開發(fā)環(huán)境套件，包括最新的一線式片上調(diào)試器（模擬器）和綜合開發(fā)環(huán)境SOFTUNE V6。此外富士通還提供Starter Kit和樣本程序、圖形設(shè)計(jì)工具和圖形庫等，方便不具備該產(chǎn)品內(nèi)嵌的GDC相關(guān)知識(shí)的設(shè)計(jì)者，通過可視化測(cè)試顯示屏設(shè)計(jì)。

表1所示為主要開發(fā)工具，圖2所示為開發(fā)環(huán)境實(shí)例。


特點(diǎn)

搭載高性能的新32位CPU內(nèi)核“FR81S”

該產(chǎn)品采用的CPU內(nèi)核FR81S在最大內(nèi)部工作頻率128MHz條件下運(yùn)行。該產(chǎn)品CAN內(nèi)嵌式微控制器，可提供世界級(jí)的高速處理功能。此外，本產(chǎn)品還內(nèi)置進(jìn)行過濾及高速圖像處理的單精度浮點(diǎn)單元，以及防止外部入侵存儲(chǔ)區(qū)的內(nèi)存保護(hù)單元。

內(nèi)置NOR型新閃存架構(gòu)

新產(chǎn)品內(nèi)置NOR型新閃存架構(gòu)(New Flash architecture)，通過利用NOR型閃存高速和低功耗模式，實(shí)現(xiàn)程序的高速讀取，從而提高M(jìn)CU處理能力。

圖形顯示控制器內(nèi)部集成了2D圖形渲染引擎

除了高級(jí)的Sprite技術(shù)，包括自動(dòng)閃爍、移動(dòng)、動(dòng)態(tài)影像和防鋸齒等，該系列產(chǎn)品還針對(duì)汽車儀表板整合了許多顯示功能，包括內(nèi)部視頻內(nèi)存、線條描繪、區(qū)域復(fù)制等。此外，視頻捕捉功能可接收數(shù)字YUB/RGB格式的視頻信號(hào)，并內(nèi)置一個(gè)NTSC譯碼器來處理模擬視頻內(nèi)容。它能對(duì)捕捉到的影像進(jìn)行縮放，并可執(zhí)行90度旋轉(zhuǎn)。由于它能擴(kuò)展與顯示串長(zhǎng)編碼的圖像，因此能以較少的內(nèi)存容量來處理視頻數(shù)據(jù)。

該產(chǎn)品視頻顯示功能有如下特點(diǎn)。

Sprite技術(shù)

該產(chǎn)品搭載Sprite引擎，可顯示多達(dá)512個(gè)512×512點(diǎn)的Sprite圖形。
圖3所示的概念圖中，針對(duì)各個(gè)Sprite可區(qū)分優(yōu)先級(jí)進(jìn)行顯示。

特殊Sprite

圖4所示為特殊Sprite的功能概要。如圖所示，閃爍（Blinking），移動(dòng)（Auto Movement），動(dòng)態(tài)影像（Image Switching）3種動(dòng)作無需CPU的介入。

線條描繪

可用于停車輔助系統(tǒng)，對(duì)倒車攝像頭的影像進(jìn)行線條描繪，顯示點(diǎn)和線等小畫面時(shí)使用。
圖5所示為線條描繪實(shí)例。

串長(zhǎng)編碼

由于視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行串長(zhǎng)編碼，因此減少了視頻內(nèi)存的容量。
圖6所示為減少視頻內(nèi)存容量的實(shí)例。

針對(duì)汽車儀表板系統(tǒng)提供最佳的外圍功能

針對(duì)汽車儀表板系統(tǒng)，該產(chǎn)品精選了各種外圍功能包括步進(jìn)馬達(dá)控制器、調(diào)試訊號(hào)與發(fā)出警報(bào)用的聲音產(chǎn)生器、以及支持CAN與LIN的UART等，并搭載一個(gè)能儲(chǔ)存64條訊息的緩沖區(qū)，適合支持車載網(wǎng)絡(luò)的控制功能。此外，該產(chǎn)品內(nèi)置CR內(nèi)部共振器、硬件監(jiān)控器以及低電壓檢測(cè)電路等，能將所需的外圍組件數(shù)量減至最少。
圖7所示為功能框圖（概要）。

低功耗功能

該產(chǎn)品搭載多個(gè)內(nèi)置穩(wěn)壓器，無需彩色液晶顯示，在低功耗模式下(配件開關(guān)OFF狀態(tài))，能夠僅對(duì)GDC電路進(jìn)行單獨(dú)的電源關(guān)斷。在待機(jī)等低功耗模式下，通過電源門控技術(shù)關(guān)斷處于非工作狀態(tài)電路的電源，從而實(shí)現(xiàn)低功耗(低漏電)。

針對(duì)采用段型液晶顯示汽車儀表板的產(chǎn)品

針對(duì)采用段型液晶顯示的汽車儀表板，富士通為了實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)資源共享，推出兩款“MB91570系列”產(chǎn)品。它去除了GDC部分，內(nèi)置LCD控制器，其他的外圍資源均與MB91590系列相同。因此，除了圖形功能外，這兩個(gè)系列產(chǎn)品的軟件資源也可共享，從而能夠降低開發(fā)成本。

小結(jié)

富士通今后將針對(duì)各種汽車儀表板的需要（大畫面、大容量、超級(jí)省電等），繼續(xù)擴(kuò)充產(chǎn)品陣容，不斷推出性能更佳的產(chǎn)品。

圖8所示為面向汽車儀表板的32位微控制器開發(fā)路線圖。