汽車儀表盤中圖形顯示技術(shù)應(yīng)用

由于TFT顯示屏價(jià)格下降以及相應(yīng)的計(jì)算功能開始應(yīng)用于嵌入式領(lǐng)域，這使基于圖形的解決方案在價(jià)格上變得可負(fù)擔(dān)。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(shí)查看，因此對(duì)于汽車廠商來(lái)說(shuō)是這一個(gè)非常重要的差異化特性。對(duì)于高端汽車，這將導(dǎo)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(rèn)為具有附加價(jià)值，因?yàn)樗徽J(rèn)為是一種高科技特性。這導(dǎo)致出現(xiàn)了使用高級(jí)的圖形技術(shù)模擬機(jī)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(jìn)空間。參考消費(fèi)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(gè)重要的差異化因素。該領(lǐng)域進(jìn)行優(yōu)化的總體思路就是以更簡(jiǎn)單的方式顯示更復(fù)雜的信息-如何在汽車領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)這一點(diǎn)，目前還在探索和發(fā)展之中。這樣做的優(yōu)點(diǎn)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(biāo)記。通過(guò)對(duì)HMI使用外殼或者支持下載額外的應(yīng)用，也許會(huì)創(chuàng)造新的收入流。

　　帶有圖形顯示的汽車儀表盤對(duì)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(fù)雜程度至少增加了一個(gè)數(shù)量級(jí)。雖然該領(lǐng)域中使用的圖形技術(shù)本身來(lái)自于PC領(lǐng)域，但是在汽車中的應(yīng)用則剛剛出現(xiàn)。這需要開發(fā)團(tuán)隊(duì)具備新的技能，需要相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)完成陡峭的學(xué)習(xí)曲線。

　　PC圖像質(zhì)量對(duì)于電子消費(fèi)品已經(jīng)很普遍，但是PC中的計(jì)算性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了嵌入式領(lǐng)域中可用的計(jì)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(wèn)題類似。汽車解決方案的一個(gè)關(guān)鍵特征就是功能安全性，而計(jì)算機(jī)和手持設(shè)備市場(chǎng)則沒(méi)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(rèn)為是與安全有關(guān)的。在這里，呈現(xiàn)錯(cuò)誤的信息是難以接受的行為。

　　應(yīng)用實(shí)例

　　在當(dāng)前市場(chǎng)，我們看到圖形儀表盤顯示屏被明確劃分為幾個(gè)類別。這種劃分基本上是由解決方案的成本驅(qū)動(dòng)的，因?yàn)榧由陷^大顯示屏后價(jià)格會(huì)增加較多，致使中低端汽車無(wú)法承受。所有分類的一個(gè)共同點(diǎn)就是都需要使用模擬指針 – 可以實(shí)現(xiàn)為機(jī)電式指針，或使用復(fù)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(shí)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(jī)械針，但是提供了一個(gè)額外的顯示屏，通常位于量程之間的中心位置。入門級(jí)使用4英寸QVGA或WQVGA顯示屏。

　　該顯示屏用于呈現(xiàn)當(dāng)前油料消耗、溫度或類似的信息。還可以有選擇地呈現(xiàn)來(lái)自信息娛樂(lè)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(jī)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(jī)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(gè)帶有中心量程的顯示屏

　　一種基于傳統(tǒng)機(jī)電式指針但同時(shí)提供擴(kuò)展的圖形功能的折中方案就是，在中央機(jī)械量程的兩旁各設(shè)計(jì)一個(gè)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(gè)固定的機(jī)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(xiàng)較大的成本因素，因此目前其應(yīng)用僅限于高端汽車。由于沒(méi)有使用機(jī)械式指針，當(dāng)前的實(shí)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(duì)具體使用情形調(diào)整。通過(guò)放大、縮小或移動(dòng)與當(dāng)前情況無(wú)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(fēng)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(jiǎn)單。平視顯示屏的內(nèi)容必須進(jìn)行預(yù)彎曲處理，從而補(bǔ)償由彎曲的擋風(fēng)玻璃引起的變形。實(shí)現(xiàn)預(yù)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Ｆ揭曪@示屏在儀表盤中通常結(jié)合TFT顯示屏使用。

技術(shù)

應(yīng)用實(shí)例的復(fù)雜度是不同的。原因有以下幾個(gè)。

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

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

　　● 場(chǎng)景復(fù)雜性：各種期望的光學(xué)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(chǎng)景。

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

　　1.光柵圖形

　　在光柵圖形中，每個(gè)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(gè)重要特征就是會(huì)受到分辨率的影響。縮放將導(dǎo)致出現(xiàn)嚴(yán)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(yīng)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(biāo)準(zhǔn)解決方案就是使用光柵圖形處理器，該工具能夠復(fù)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(rèn)可的API標(biāo)準(zhǔn)。一些專有API都提供了類似的功能。較為先進(jìn)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(huì)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(gè)幀組成最終的圖像。對(duì)嵌入式系統(tǒng)使用直接位圖傳送引擎的主要優(yōu)點(diǎn)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?yàn)橹恍枰薷脑獢?shù)據(jù)，如某些矩形的位置，而不是修改像素?cái)?shù)據(jù)本身。直接位圖傳送引擎的最大缺點(diǎn)就是合并后的限制。當(dāng)超出設(shè)備功能的極限后，將難以生成更復(fù)雜的圖形。如果使用的是光柵圖形，那么只會(huì)導(dǎo)致呈現(xiàn)時(shí)間延長(zhǎng)。這方面的解決方案有一個(gè)專有API，在引擎功能方面存在顯著的差異。