從GDC到SoC，汽車圖形顯示控制領(lǐng)域十年心路歷程
在圖像顯示處理領(lǐng)域，富士通半導(dǎo)體是當(dāng)之無愧的領(lǐng)先技術(shù)廠商，這可從其廣受好評(píng)的Milbeaut圖像處理器（ISP）窺見一斑。而與之有著相同圖形顯示技術(shù)基因的汽車GDC則是全球汽車圖形顯示控制器領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者，其產(chǎn)品廣泛用于中央信息顯示、全景環(huán)視系統(tǒng)、多媒體娛樂影音系統(tǒng)、導(dǎo)航、虛擬儀表等領(lǐng)域。
圖1. 汽車圖形顯示控制器的主要應(yīng)用領(lǐng)域。
“從十幾年前的汽車圖像導(dǎo)航中2D/3D地圖的生成，車載DVD導(dǎo)航相關(guān)屏的驅(qū)動(dòng)開始，富士通半導(dǎo)體在汽車圖像顯示控制領(lǐng)域深耕多年，從最早期的單獨(dú)GDC+主控芯片方案發(fā)展到現(xiàn)在的第三代Triton車載SoC芯片方案，富士通半導(dǎo)體在汽車圖像顯示控制領(lǐng)域積累了大量寶貴的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)。”富士通半導(dǎo)體（上海）有限公司市場部高級(jí)經(jīng)理周浩洋表示。
為應(yīng)對(duì)汽車電子對(duì)于高性能和低成本的不斷需求，富士通半導(dǎo)體將CPU、GPU及汽車總線等集成進(jìn)一顆IC，于5年前推出了第一款車載圖形顯示SoC——Jade系列——不僅降低了系統(tǒng)成本，還進(jìn)一步簡化了系統(tǒng)工程師的開發(fā)難度。
“Jade系列在全液晶的數(shù)字儀表方案中獲得了廣泛的成功，在5年前，這些方案就成功應(yīng)用在了捷豹，路虎等高端汽車中。而由于早期的高端汽車在中國還比較少，所以直到去年，Jade方案才在中國剛剛上市的福特蒙迪歐所配備的全數(shù)字液晶儀表板上嶄露頭角。”周浩洋指出。
由于Jade系列的成功應(yīng)用，富士通半導(dǎo)體繼而推出了第二代圖形處理SoC——Emerald系列，其采用Cortex A9 CPU，可以支持360°全景百萬像素的3D成像系統(tǒng)，同時(shí)可以應(yīng)用于更高分辨率的液晶儀表板。2013年，Emerald系列應(yīng)用于北美和歐洲的車廠，例如寶馬和沃爾沃，這些車預(yù)計(jì)將在今年量產(chǎn)。
Triton系列——引領(lǐng)車用圖形顯示控制創(chuàng)新潮流
由于汽車行業(yè)的特殊性，芯片——方案——車廠——量產(chǎn)的周期跨度非常久，所以一項(xiàng)新的技術(shù)要真正應(yīng)用于汽車上的周期會(huì)相當(dāng)?shù)拈L。雖然一顆芯片要成功應(yīng)用于汽車需要很長的時(shí)間進(jìn)行技術(shù)的驗(yàn)證，但是富士通半導(dǎo)體并沒有停下技術(shù)研發(fā)的腳步，從第一代Jade系列車載圖形SoC開始到現(xiàn)在的第三代Triton系列，富士通半導(dǎo)體始終引領(lǐng)技術(shù)的潮流，走在技術(shù)發(fā)展創(chuàng)新的前沿。
富士通半導(dǎo)體第3代高性能汽車應(yīng)用圖形SoC－MB86R20系列（Triton）可滿足汽車等領(lǐng)域所要求的高可靠性。內(nèi)置高性能雙核CPU/GPU，具有6路視頻輸入和3路顯示輸出。圖2為MB86R20系列功能框圖。
圖2. MB86R20系列功能框圖。
MB86R20系列產(chǎn)品具有增強(qiáng)的CPU和GPU處理能力。其CPU采用了2個(gè)ARMCortex-A9，3D圖形引擎采用POWERVRTM SGX543，與第二代車載SoC芯片MB86R10系列（Emerald）相比，CPU、GPU的性能分別提高2倍和5倍。此外，該系列還內(nèi)置了富士通半導(dǎo)體自行開發(fā)的二維圖形引擎，可實(shí)現(xiàn)圖像的自適應(yīng)卷繞（Warping on-the-fly）等功能，由于采取各部分獨(dú)立工作的模式，因此可獲得更高的性能表現(xiàn)。
針對(duì)多個(gè)視頻輸入，MB86R20系列具有增強(qiáng)多顯示屏輸出功能，對(duì)應(yīng)全高清影像的6路輸入和3路輸出，可將來自攝像頭的高清影像和本地高清內(nèi)容輸出到多個(gè)高清顯示屏。
此外，MB86R20系列所具有的超高性能的繪圖功能還特別值得一提，其二維圖形處理引擎、三維圖形處理引擎和視頻捕捉器可同時(shí)獨(dú)立工作，并根據(jù)不同的應(yīng)用和顯示內(nèi)容在8個(gè)不同的描繪層上進(jìn)行最佳的圖像處理。例如，儀表顯示屏上的指針和車身描繪在不同層分別進(jìn)行二維/三維處理，可實(shí)現(xiàn)超越規(guī)定性能指標(biāo)的高度繪圖功能。
圖3. MB86R20系列具有超高性能的繪圖功能。
“MB86R24（MB86R20系列）預(yù)計(jì)將在今年10月份量產(chǎn)，Triton的推廣相比其前兩代Jade和Emerald有所不同，Jade和Emerald主要是在北美和歐洲推廣，兩者都沒有最早在中國推廣，而Triton的樣片一出來就同步在全球推廣，同一時(shí)間給在中國的車廠和供應(yīng)商試用。這是富士通半導(dǎo)體對(duì)于中國市場的承諾。”周浩洋特別強(qiáng)調(diào)。
MB86R24——用它可以創(chuàng)建一個(gè)360°全景百萬像素3D成像系統(tǒng)（可以通知駕駛員靠近車輛的物體），及集成的HMI系統(tǒng)（從汽車內(nèi)部和外部連接人和數(shù)據(jù)）。
多屏(Integrated HMI)全液晶儀表系統(tǒng)——新一代車聯(lián)網(wǎng)入口平臺(tái)
作為新一代車聯(lián)網(wǎng)入口平臺(tái)，“多屏(Integrated HMI)全液晶儀表系統(tǒng)”是連結(jié)駕駛者、汽車和周圍環(huán)境的信息之窗。在日前于上海舉辦的“2014第二屆汽車儀表盤論壇”上，富士通半導(dǎo)體展示了其基于Triton的多屏(Integrated HMI)全液晶儀表系統(tǒng)，如下圖4所示。
圖4. 富士通半導(dǎo)體3D全虛擬儀表方案。
TFT圖形顯示儀表采用高分辨率顯示屏替代傳統(tǒng)的機(jī)械儀表指針，具有富士通半導(dǎo)體為車載儀表設(shè)計(jì)的獨(dú)立2D引擎(iris)和3D引擎(Ruby)，支持3路顯示輸出，最大支持1920x720分辨率。
隨著對(duì)環(huán)保駕駛、安全性和舒適性要求的提高，人與汽車以及與外界相關(guān)聯(lián)的信息量也越來越大。并且這些信息正變得越來越復(fù)雜多樣，如電動(dòng)汽車的電池、車輛故障診斷、攝像頭影像、警告、導(dǎo)航、智能手機(jī)連接和云連接等信息。
迄今為止，這些信息是通過中控顯示屏、儀表板顯示屏和抬頭顯示器等分別顯示和控制的（圖5）。但是，為了實(shí)時(shí)和直觀地向駕駛員傳達(dá)汽車及其周圍情況，需要將各種信息匯集到一處，進(jìn)行集中處理，并根據(jù)不同駕駛場景選擇最佳形式呈現(xiàn)出來。多屏(Integrated HMI)全液晶儀表系統(tǒng)即可實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能，在促進(jìn)人、車、環(huán)境和諧的同時(shí)，使駕駛更加順暢。
圖5. 傳統(tǒng)的顯示控制（分散型）。
MB86R20系列能夠整合來自攝像系統(tǒng)和信息主機(jī)系統(tǒng)等各種來源的影像信息，并根據(jù)駕駛場景以最佳表現(xiàn)形式顯示到中控顯示屏、儀表板顯示屏和抬頭顯示器等（圖6）。
圖6. MB86R20系列實(shí)現(xiàn)顯示控制（Integrated HMI）。
“由于富士通半導(dǎo)體具備豐富的汽車人機(jī)界面開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)3D全虛擬儀表方案，我們可以幫助客戶根據(jù)自己具體需求進(jìn)行個(gè)性化創(chuàng)新開發(fā)，可以自由集成虛擬儀表、倒車影像、導(dǎo)航等信息。”周浩洋指出。
此外，為便于設(shè)計(jì)師和技術(shù)人員協(xié)作，富士通半導(dǎo)體提供用于多屏(Integrated HMI)全液晶儀表系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)(HMI)工具“CGI Studio”。利用該工具可最大限度發(fā)揮MB86R20系列的性能，由于設(shè)計(jì)師和技術(shù)人員的協(xié)同配合，設(shè)計(jì)師所繪制的內(nèi)容通過MB86R20可立即再現(xiàn)出來，以減少產(chǎn)品化過程中的返工。
實(shí)現(xiàn)帶識(shí)別功能的360°全景百萬像素3D成像系統(tǒng)
“帶識(shí)別功能的360°全景百萬像素3D成像系統(tǒng)”可用三維的方式并且無遺漏地向駕駛者傳遞汽車周圍的危險(xiǎn)情況，能夠通過車載屏幕自由的觀察整車360°影像，在行駛、倒車時(shí)可以獲得更詳盡的路面信息，這就減少了因?yàn)檐囕v死角造成的事故發(fā)生概率，尤其是在人口稠密、路況復(fù)雜的大城市，這一功能對(duì)于安全駕駛的幫助非常巨大。
富士通半導(dǎo)體采用第二代SoC芯片MB86R10(Emerald)系列的360°全景百萬像素3D成像系統(tǒng)方案已投放市場，正在全球范圍內(nèi)推廣。而其基于第三代SoC芯片MB86R20系列的方案具有多通道6路全高清數(shù)字?jǐn)z像頭輸入接口，每路支持200萬像素，每秒30幀，搭載世界領(lǐng)先的360°全景拼接算法，具有漸進(jìn)物體檢測功能的ADAS系統(tǒng)。可同時(shí)實(shí)現(xiàn)從任意角度觀察汽車周圍情況和并減少視野盲區(qū)這兩項(xiàng)功能，讓駕駛者更加安全、放心。
圖7. 帶識(shí)別功能的360°全景百萬像素3D成像系統(tǒng)。
另外，由于可以同時(shí)處理來自6個(gè)攝像頭的影像，因而可進(jìn)一步拓展適用場景的范圍以及提高三維影像表現(xiàn)的自由度。
富士通半導(dǎo)體在世界上首次把漸近物體檢測功能（該功能可通知駕駛員附近的人、自行車和其它物體）集成到360°全景3D視頻成像系統(tǒng)，可以讓駕駛員從任何角度在3D環(huán)境下查看整個(gè)環(huán)境。漸近物體算法是與富士通實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合開發(fā)的，作為360°全景3D視頻成像系統(tǒng)的一部分實(shí)施，這尚屬世界首演。
提供整套方案，縮短開發(fā)周期
富士通半導(dǎo)體還為其SoC提供用途廣泛的軟件工具包，僅使用比以前更加少的工作量就可以完成高性能系統(tǒng)的一站式開發(fā)。例如，被納入多個(gè)模型的顯示模塊和平臺(tái)的開發(fā)，大大減少了顯示器系統(tǒng)的零部件數(shù)量，同時(shí)還方便重復(fù)使用不同車輛模型的產(chǎn)品。其帶漸近物體檢測功能的360°全景百萬像素3D視頻成像系統(tǒng)不但兼容為前版技術(shù)開發(fā)的工具包軟件，還具有軟件使能漸近物體檢測功能。
最重要的，富士通半導(dǎo)體針對(duì)中國市場提供整套方案，不只是提供底層的芯片及芯片的驅(qū)動(dòng)，還提供上層的應(yīng)用軟件，包括拼接算法，UI的儀表設(shè)計(jì)工具等，給客戶提供一站式服務(wù)。
“業(yè)內(nèi)的友商通常只是提供底層的芯片和驅(qū)動(dòng)，而上層的方案和軟件是來自第三方，這樣，客戶就需要找第三方廠商合作，而富士通半導(dǎo)體提供整套方案，這意味著客戶拿到方案，工程師就可以開始設(shè)計(jì)，不需要找第三方。富士通半導(dǎo)體的方案使得客戶能夠在最短的時(shí)間內(nèi)，做出滿足市場需求的產(chǎn)品，這就為客戶贏得了Time to Market，促使產(chǎn)品快速上市。”周浩洋特別強(qiáng)調(diào)。