詳解：汽車液晶儀表是不是分辨率越高越好？

現(xiàn)階段，12．3 吋全液晶屏的分辨率有：1280x480、1440x540、1920x720。對于汽車液晶儀表的應(yīng)用，是否是越高的分辨率越好呢？分辨率的增高僅僅是換一個(gè) LCD 顯示屏的工作和成本嗎？

這里我們從用戶需求和設(shè)計(jì)上逐個(gè)層次展開分析。

1、視距與點(diǎn)距

說到 LCD 顯示，我們一定不陌生一個(gè)詞「視網(wǎng)膜屏幕」。視網(wǎng)膜屏幕是分辨率超過人眼識別極限的高分辨率屏幕，由蘋果公司在 2010 年在 iPhone 4 發(fā)布會(huì)上首次推出營銷術(shù)語。

對于手機(jī)，要求在距離眼睛 10－12 英寸（約 25－30 厘米）時(shí)，LCD 的顯示達(dá)到 300ppi（pixels per inch）以上，視網(wǎng)膜就無法分辨出像素點(diǎn)了。這也就是蘋果對「視網(wǎng)膜屏幕」的最初定義，iPhone 4 屏幕的像素密度也達(dá)到了 326ppi。這是怎么計(jì)算出來的呢？

上圖是一個(gè)高為 h 的物體，在與眼睛為 d 的距離下，在視網(wǎng)膜上成像的示意圖。由三角關(guān)系可知，眼睛的分辨角α和 d，h 有如下對應(yīng)關(guān)系：

而人眼睛的最小分辨角約為 1 角分（1／60°），國內(nèi)視力標(biāo)準(zhǔn)的 5．0 大致相當(dāng)?？紤]手機(jī)的使用場景，可以取 d＝25cm。這時(shí)候，h＝0．076mm，對應(yīng)為 333ppi。這就是視網(wǎng)膜屏幕的由來。其中，h 為 LCD 的點(diǎn)距。

同樣道理，如果對于汽車液晶儀表的應(yīng)用場景，一個(gè)典型使用儀表的距離為 70cm 左右，則 h 為 0．204mm。12．3 吋 LCD 典型的點(diǎn)距如下表：

就是說，對于 12．3 吋汽車液晶儀表的應(yīng)用，1440x540 分辨率下，5．0 的眼睛已經(jīng)不能分辨出來屏幕上的點(diǎn)了。更高的分辨率，用戶體驗(yàn)并不會(huì)得到更好的提升。

2、處理能力

在汽車上引入液晶儀表盤的優(yōu)勢在于，能提供更炫酷的顯示效果。而這種效果，不單是一個(gè)靜態(tài)的畫面，還要有動(dòng)態(tài)的圖形圖像變換過程。即，一個(gè)優(yōu)秀的液晶儀表盤設(shè)計(jì)，不單要在空間（合理的分辨率）上是最優(yōu)的，還要在時(shí)間上（動(dòng)畫幀率，像素級別的動(dòng)態(tài) Shader 特效渲染）是最優(yōu)的。

當(dāng)前，計(jì)算機(jī)對屏幕的圖形的顯示（位圖、矢量圖繪制，像素填充，Shader 級別的像素渲染等），實(shí)質(zhì)上是對內(nèi)存中，逐點(diǎn)數(shù)據(jù)的修改和計(jì)算。當(dāng)分辨率在一維尺度的提升，意味著實(shí)際的處理能力需要以平方關(guān)系增長。

例如：分辨率從 1280x480 提升到 1440x540，像素量增加 1．26 倍；而從，1440x540 到 1920x720，像素量則要增加 1．78 倍。

這就意味著，高分辨率顯示屏的顯示效果（幀速率、色彩值、圖形抗鋸齒能力等）要保證與低分辨率相同。前者，只需要處理能力（包括：CPU、GPU 的數(shù)據(jù)傳輸、渲染速度等）增加 1．26 倍；而后者，則需要再增加 1．78 倍。這對于整個(gè)系統(tǒng)性能的要求過于苛刻，意味著，CPU 處理能力、GPU 渲染速度、系統(tǒng)總線吞吐率都不能有瓶頸產(chǎn)生。

另外，關(guān)于高分辨率的屏幕要點(diǎn)對點(diǎn)的顯示，則需要 UI 提供更高分辨率的圖片。圖片等元素的增大，將導(dǎo)致儀表界面啟動(dòng)時(shí)間增長。

如果不能保證上述處理能力怎么辦？那就只能降低顯示效果。在 UI 的細(xì)節(jié)上做如下調(diào)整：

1、UI 界面中部分（或者全部）圖片用 16 位色圖片。從 32 位到 16 位，要求性能降低一半，彌補(bǔ)上述 1．78 倍的增長。分辨率高了，但是顯示效果反而下降了。

2、使用低分辨率的圖片做拉伸或者插值，以滿足對啟動(dòng)時(shí)間和顯示性能的需求。這相當(dāng)于根本沒把高分屏發(fā)揮出來。

3、原來可以用透明度變化的，現(xiàn)在不用透明度。減少動(dòng)畫過程，在低分辨率的屏上可以更為平滑的加減速過程，將變?yōu)橹挥惺寄顟B(tài)，沒有動(dòng)畫過程。例如：屏幕上車門開啟和關(guān)閉過程。

4、GPU 的 Shader 特效（例如：粒子效果、光影效果）盡可能的不用或者少用。原本可以做到的炫酷效果，現(xiàn)在不得不簡化，甚至取消。

5、降低（甚至關(guān)閉）抗鋸齒功能。在 3D 模型的邊緣將產(chǎn)生明顯的鋸齒。雖然，分辨率提高了，但是，視覺上鋸齒更多了。

3、熱分析

汽車級液晶儀表要求的工作溫度范圍為－40～80（或者 85）℃。當(dāng)環(huán)境溫度為 85℃的時(shí)候，儀表內(nèi)部的溫度必須保證在元器件可以工作的溫度范圍內(nèi)。

首先，即便是汽車級 LCD，其標(biāo)稱的最高工作溫度，也不會(huì)超過 85℃。我公司實(shí)際測試過，在 90℃的時(shí)候，業(yè)界幾個(gè)知名品牌液晶屏供應(yīng)商提供的樣品均不能實(shí)際工作。這就要求，整個(gè)液晶儀表在設(shè)計(jì)的時(shí)候，必須考慮散熱。

其次，汽車級的處理器，通常標(biāo)稱的最高工作溫度為 105℃。也就是在外界環(huán)境溫度為 85℃的時(shí)候，必須保證，儀表殼體內(nèi)部處理器的環(huán)境溫度不能超過 105℃（只有 20℃的溫差范圍）。

處理器在工作的時(shí)候，發(fā)熱是不可避免的，其功耗與主頻成正比，與工作電壓的平方成正比?，F(xiàn)在的處理器，都有 DVFS（動(dòng)態(tài)電壓頻率調(diào)整）機(jī)制，根據(jù)當(dāng)前的負(fù)載，動(dòng)態(tài)調(diào)整處理器的核心工作電壓，達(dá)到降低功耗的目的。即，高主頻會(huì)對應(yīng)更高的核心電壓的提升，而工作電壓的平方正比于功耗。結(jié)果導(dǎo)致處理速度會(huì)與功耗超過平方的關(guān)系對應(yīng)。

通過對典型數(shù)據(jù)的初步估算表明，如果處理器主頻做 1．78 倍的提升，其實(shí)際功耗會(huì)超過 2 倍以上。這將給整個(gè)系統(tǒng)的熱設(shè)計(jì)，帶來相當(dāng)大的難度——不得不使用更大的散熱片（儀表總體重量增加，儀表的抗沖擊震動(dòng)性能下降），更好的散熱材料和方式（成本提升），引入風(fēng)扇等主動(dòng)散熱機(jī)制（在國內(nèi)的空氣質(zhì)量下風(fēng)扇壽命為整機(jī)瓶頸，儀表的抗沖擊震動(dòng)性能下降）。

總結(jié)

汽車級全液晶儀表的設(shè)計(jì)，是一個(gè)綜合考慮的過程。綜上所述，我們需要在用戶體驗(yàn)（不但要考慮靜態(tài)顯示的效果，更要考慮動(dòng)態(tài)畫面的感受）、儀表壽命、總體重量、整機(jī)性能、散熱性、抗沖擊震動(dòng)性等各個(gè)方面綜合考慮。上述細(xì)節(jié)，環(huán)環(huán)相扣，一個(gè)液晶屏分辨率的提升，將會(huì)帶來各種設(shè)計(jì)難度和成本的提升。

我相信隨著 TI 技術(shù)的發(fā)展，處理器制程的提升（例如：28nm 或者更優(yōu)的工藝），高分辨率液晶屏帶來的問題會(huì)逐步解決。但當(dāng)前務(wù)實(shí)的做法是綜合考慮各個(gè)電子元件當(dāng)下最優(yōu)的選擇。