宽范围的图形显示控制器在车辆导航和娱乐系统中的应用
车辆GDC是一款独特的器件，它整合了车辆娱乐系统中所需的许多功能。GDC的基本功能是控制LCD面板，并产生宽范围的丰富图像内容。GDC可以实现先进的功能，如导航，模拟仪表的表征，振动斑点屏蔽(vibrant splash screens)以及在不占用主CPU过多资源的条件下其他的更生动体验等。此外，GDC还完成功率管理，这使得可以省去一些外部的冷却部件，例如风扇或散热器。
与台式电脑图形控制器不一样，为嵌入式应用设计的GDC用于低分辨率的小屏幕应用。汽车显示器的分辨率通常从基本信息显示所用的CIF(320×240)到仪器所用的Ultra Wide VGA(1024?480)。由于车辆中复杂环境，需要在这些小屏幕上显示大量的信息，并且要求显示清晰，从而带来了一些特殊的挑战。GDC选用多层和多种透明度，使得观看者能够同时观看几个屏幕。与Windows工作台系统类似，屏幕尺寸需要调整和移动显示区域。GDC将允许从屏幕或图像的下方观看，从而改善显示效果。
GDC性能分类
随着采用的微控制器不同，GDC有许多不同的类型和性能等级。基本上，有5类不同的性能等级。
第一类是基本型的GDC，它包括一个简单的帧缓冲存储器和一个产生显示信号的控制器。主控制器处理绘图功能，在缓冲器上手动改变显示帧。第二类是复杂一点的版本，包括帧缓冲器和一个具有2D功能图形引擎，例如绘制直线和多边形图形。这类GDC将覆盖2层或3层，完成层间的α混合。
第三类的GDC覆盖更多的层——可能多达4到6层。这一级别的IC用硬件传感器来实现α混合和α平面，并包括全功能的绘图功能。
第四类的GDC在上述功能的基础上增加了下属功能：一个2D/3D图形引擎，一个几何处理器，还有一个内部工作频率为100～200MHz的绘图引擎，它能提供高绘图速率，用于显示点时钟(dot clock)时可以达到400MHz。实际例子就是富士通的32位的MB86296。
最后一类也是最先进的GDC，例如富士通的MB86R01，这是另外一种32位的IC，能够提供很多额外的多媒体功能，包括对音视频的支持，能够对音视频进行解码，而并非像其他类型只是捕获和调整。还包括雾化，加亮和可编程屏蔽功能，从而可以提供生动体验和现场感，而且绘图速率在所有图形显示控制器中是最快和最高的。
在选择GDC时，确定将送到CPU的处理量也是重要的事情，如果可能的话。如果主处理器处理能力能够达到400MIPs或更高，则将会有很多可用周期，于是则可能用CPU来执行几何操作，而用一个简单的GDC执行位图操作。另一方面，如果主处理器不具备足够高的处理速度，就必须利用功能强大的GDC。主处理器必须足够快，以保持为GDC提供位图坐标和显示列表，故必须考虑处理器和GDC的相对等级级别。当然，处理器中的主要考虑取决于所显示的图像或图形的复杂度。
不论哪种IC，都要求它们在执行任务的同时消耗尽可能少的功率。许多最新的和效率最高的控制器所消耗的功率小于2.3瓦，远小于以前的功耗水平。所以说，图形显示控制器在不断改善其效率和性能。
存储器：GDC中的关键部件
图形存储器是GDC系统中的最重要的部件之一。在GDC作为有效执行绘图功能的几何图形和绘图引擎时，图形存储器提供了缓冲区，所有的图形信息都保存在这里。车辆中的显示器上的显示帧也被存储在图形显示器中。对于及时且可靠地将帧数据提供到视频输出接口来说，这是非常重要的。有一系列不同类型的数据存储在图形存储器里，包括绘图帧，作为绘图帧的子集的显示帧，携带3D绘图所需信息的Z-缓冲数据，来自视频输入接口的视频捕获缓冲数据(每像素16比特)，在绘制多边形时所需的多边形绘图标志缓冲数据(每像素1比特)，显示列表数据，纹理图和指针图(Cursor Patterns)数据等。
有如此大量的信息存储在图形存储器中，提取信息的存储器访问必须按照如下的优先级：
1. 显示帧刷新
2. 视频捕获
3. 显示处理
4. 主CPU访问(用于显示列表，纹理图和位图)
5. 绘图访问(Z-缓冲，多边形标志缓冲等)
显示帧刷新更新显示器上的内容，每秒50或60次。该工作需要传输大量的数据，它直接影响人机交互的效果。因此，必须赋之于最高的优先级。
上述第二重要的是视频捕获，需要在图形存储器中缓冲输入视频数据。下一个是显示处理，包括与显示控制器相关的各种处理，例如显示α混合、覆盖、指针图处理及其他。再下来是主CPU访问，这包括将显示列表、纹理图和位图传递到存储器中。最后一个是绘图访问，它包括利用Z-缓冲器和多边形标志缓冲器来更新绘图帧。
由于大量的数据通过图形存储器接口，故对该接口的带宽需求非常高。典型的GDC的图形存储器带宽是532MB/s。不过，由于存储器读写都要占用多个时钟周期，实际上的有效带宽将只有该值的1/2到2/3，假定存储器时钟频率为133MHz，而数据总线宽度为32位。高端GDC的存储器带宽比该值高一倍，或者说接近1GB/s。可以采用DDR-SDRAM技术来增加最高端GDC的存储器带宽。
如图1所示，除了存储器接口之外，GDC还有一个CPU接口，视频捕获接口和视频输出接口。显然，绝大多数数据通过存储器接口。而显示列表、位图和纹理图则从CPU传送到GDC。CPU可能也要直接访问GDC寄存器或存储器。但所有这些任务都不产生大量的数据。对于PCI主机接口(33MHz)来说，GDC的典型带宽为50MB/s。另一方面，SRAM型主机接口带宽高于100MB/s。该值取决于总线时钟频率。
评论