提升汽車儀表圖像的芯片方案 ―― 東芝TMPR46X（C

摘要：本文簡要介紹了汽車儀表顯示的發(fā)展趨勢，并對東芝TMPR46X(Capricorn-Bt)的功能進行了剖析。

引言

近年來，越來越多的半導體廠商將汽車作為一個重要應用出口，加以重視，而且，隨著蘋果、谷歌等加入汽車生態(tài)系統(tǒng)，未來汽車電子應用會呈現(xiàn)爆發(fā)式增長。車載儀表顯示作為汽車電子非常重要的應用，也是很多汽車廠商打造差異化的關注點。

1 車用顯示控制IC的發(fā)展方向

不少半導體廠商都已經(jīng)推出了汽車顯示控制IC，力圖打造更多功能給駕乘者帶來更好的用戶體驗。東芝從2002年就已經(jīng)開始推出用于汽車儀表顯示的控制IC，從第一代的TX3916AF、TX4961XBG(Capricorn-M)到TMPR460/461/462/463XBG(Capricorn-Bt)，再到現(xiàn)在正在研發(fā)中的TZ系列，顯示維度也開始由2D向3D過渡。東芝的汽車顯示控制器設計用于提供顯示儀表盤應用，這些控制器在一個單一的芯片上集成了CPU、圖形引擎、和各種接口，而且東芝也開發(fā)了具有步進馬達控制器(可控制模擬儀表)的汽車顯示控制器。

2 TMPR46X(Capricorn-Bt)的優(yōu)勢

Capricorn-Bt系列是東芝目前比較成熟的解決方案，可以減輕車廠日益嚴重的成本壓力，并滿足未來新能源汽車的需求。此系列產(chǎn)品采用ARM Cortex-R4內核，主頻達到300MHz，具有定時和存儲數(shù)據(jù)保護功能，內置高性能安全編碼譯碼功能，3路CAN接口，2路UART接口，2路SPI接口，支持5路步進電機控制，2個獨立圖像輸出控制器，時鐘全自動校準，2D圖像加速器(可以做到2.5D的效果)。而TMPR461(Capricorn-Bt1)擁有外置的Flash，TMPR462/3/4(Capricorn-Bt2/3/4)擁有內置的4M、8M、16M Flash。

2.1 屏幕分辨率

現(xiàn)在市場上的全虛擬儀表的屏幕分辨率一般是1280×480或者是1440×560，而TMPR46X(Capricorn-Bt)系列的屏幕分辨率可以達到4095×2047，由于它的分辨率比較高，虛擬表都能支持、覆蓋。而且在成本方面，相對來說也是比較低的。也就是說，如果有不同尺寸的屏幕需求，客戶不需要在IC上做任何改變，只需要換上相應屏就可以，支持的屏幕尺寸可以從5寸到12.3寸，甚至是15寸也可以。這樣就相當于在一個通用的平臺上設計很多產(chǎn)品，從而可以在很大程度上降低研發(fā)成本，節(jié)約開發(fā)時間。

2.2 圖像引擎

Capricorn-Bt系列還可以支持內置和外置的SDRAM和LPDDR，F(xiàn)lash。該圖像引擎里包含貼圖引擎、畫圖引擎、旋轉引擎、變形引擎。其中，市場上比較常見的是貼圖引擎和畫圖引擎，這類引擎同行都有。但是在畫圖引擎方面，Capricorn-Bt有獨特的亮點，東芝將其精確到了1/16的像素，而其他廠商是以一個像素為最小單元。這樣采用Capricorn-Bt就能夠使圖像顯示更加細膩，大大減小鋸齒感。

2.3 虛擬儀表

現(xiàn)在儀表顯示越來越多的會用到虛擬儀表，在設計虛擬儀表的時候會牽涉到指針的旋轉問題，Capricorn-Bt具有抗鋸齒功能，這樣指針走動起來就會比較平滑，其最低的旋轉角度是0.1度，而且還具有高精度的過濾功能。而且更為重要的是程序員的要求比較低，編程人員只需要給定一個背景和一個前景的需要旋轉的圖片，然后通過自己編寫的程序來指定旋轉引擎的旋轉角度和貼圖的X、Y位置，Capricorn-Bt的旋轉引擎就能自動完成旋轉動作。

2.4 變形引擎

還有一個重要應用就是變形引擎，可以對后視鏡和前視鏡的校正。一般后視鏡都是魚眼鏡頭，成像之后它是一個扭曲的圖像，如果想讓它顯示平直就需要用到變形引擎功能了。圖像通過TMPR46X的變形引擎，能夠將扭曲的圖像變成一個平直的圖像或將一個平直的圖像變成扭曲的圖像，它的特點在于變形是實時的，不需要MCU運算，由硬件來完成。這樣可以降低開發(fā)難度。

Capricorn-Bt變形引擎(如圖2)的靈活性非常高，可以任意地變形，都是由硬件完成，而且具有顏色校正功能，比如對亮度、色度、對比度進行提升，可以對整個顏色的通道進行替換。

2.5 視頻智能捕捉

關于視頻智能捕捉功能，camera(攝像頭)輸入的圖像是數(shù)字格式，Capricorn-Bt的特點是最高可支持圖像的分辨率為2048×1024，存儲的RAM是1024×512。對于視頻的捕捉，可以從視頻捕捉的圖像中直接截取其中的一部分，然后進行放大或者縮小，這個過程不需要軟件來參與，也是由硬件來完成。

2.6 多碼流同時解碼

Capricorn-Bt還支持多碼流同時解碼，支持兩個解碼器，其中一個叫PNG解碼器，PNG解碼對壓縮圖像非常有優(yōu)勢，一個WVGA的圖像沒有壓縮時，可能達到1.5M，如果經(jīng)過PNG壓縮以后，可以壓縮80%的容量。這樣可以節(jié)省RAM和FLASH的空間，進而可以降低成本。另一個叫RLE壓縮方式，RLE是無損壓縮，能達到很大的壓縮比例，對節(jié)約FLASH成本也極具優(yōu)勢。

2.7 失真協(xié)調

現(xiàn)在，為了節(jié)約開發(fā)成本，加快產(chǎn)品上市時間，很多的產(chǎn)品都會打造一個開發(fā)平臺，而且平臺型開發(fā)就意味著工程師所有的產(chǎn)品都是以最高的標準來進行設計。但是，如果工程師要做一些低端產(chǎn)品，就可能需要用到666屏或565屏，此時，由于圖像的低位缺失，會造成失真現(xiàn)象(圖3左側圖片顯示)，東芝的車載儀表控制平臺的dither插件可以進行失真協(xié)調(圖3右側圖片顯示)，保證在平臺上開發(fā)的產(chǎn)品在高中低端領域均會有出色的顯示效果。

3 市場

目前，東芝半導體的Capricorn-Bt系列車載儀表控制芯片在全球范圍內的銷售已經(jīng)超過了1千萬片，其中40%來自歐洲市場，包括寶馬5、6、7系產(chǎn)品都在使用。