På årets Embedded World Exhibition and Conference lanserade Toshiba en ny högintegrerad SoC-lösning (system-on-chip) för att styra avancerade TFT-displayer i fordon. Klaus Neuenhüskes marknadsföringsingenjör hos Toshiba Electronics Europe (TEE) Microcomputer, Automotive and Consumer IC (MAC IC) Group berättar här mer.
Hela artikeln i PDF-format.
Fordonstillverkare driver en utveckling mot allt mer avancerade displaytillämpningar för att ge mer information till föraren. Man vill ha fler och nya funktioner samt en mer ergonomisk och estetiskt tilltalande formgivning. LCD-displayer för satellitnavigering, klimatstyrning, TV och andra infotainmentsystem blir också mer vanliga. Färggrafikdisplayer förekommer i nya instrumentpaneler där grafisk information kombineras med mer konventionell sifferinformation som hastighet, varvtal, bränslemätare och temperatur.
Trenden kommer att fortsätta så att grupper av instrument går från monokroma eller passiva displayer till färgdisplayer. Nästa generation konstruktioner bygger på helt digitala TFT- eller OLED-displayer.
Halvledarinstrument av denna typ, som först kommer i lyxbilar för att sedan vandra ner till mellanklassbilar och kompaktbilar, ger betydligt bättre flexibilitet. Man kan t ex visa speciellt viktig information med högre ljusstyrka, eller markera på annat sätt, eller visa bilder från en bakåtriktad kamera när bilen backar. Framför allt kan man med en helt digital display anpassa displayen till användarens önskemål. Slutligen är grafiska displayer nödvändiga för HUD-system (head up display) som visar viktig information på framrutan. HUD-displayer är säkrare eftersom föraren inte behöver flytta blicken från vägen.
Eftersom informationen är både viktig och omfattande måste den presenteras omsorgsfullt och korrekt. Displayerna måste ha goda realtidsprestanda och det kräver högpresterande styrning som är tillförlitlig och noggrann. Dessutom måste kostnadseffektiva fordonstillverkare kunna erbjuda dessa möjligheter till låg kostnad och med så få komponenter som möjligt.
Enkrets displaylösning
Med detta i tankarna har Toshiba utökat sitt Capricorn-sortiment med de nya SoC-displaylösningarna Capricorn-M och Capricorn-L. Dessa är fullt integrerade kretslösningar med en kraftfull 64 bit processor, GDC-enhet (graphical display controller,), FPU-enhet (floating point unit) och en mängd I/O-funktioner däribland CAN-gränssnitt. Med en displaylösning som bygger på en av de nya Capricornkretsarna behövs ingen specifik grafikstyrkrets eller en mängd yttre komponenter. Kostnaden minskar och systemtillförlitligheten ökar därmed.
Caprocornkonceptet är framtaget vid Toshibas Düsseldorf-baserade European LSI Design & Engineering Centre (ELDEC). De första kretsarna var avsedda för små färgdisplayer. Med Capricorn-M and Capricorn-L tar nu Toshibas SoC-displaykoncept ett steg vidare med kraftfulla 64-bitars processorer, med utökade grafikfunktioner som är optimerade för fordonens instrumentpaneler samt med många periferifunktions- och gränssnittsoptioner.
Capricorn-M levereras i P-BGA456-kapsel och arbetar på 200 MHz och är avsedd för instrumentgrupper och konsoltillämpningar i lyxbilar.
Capricorn-L har den mindre P-FPGA289-kapseln och är avsedd för priskänsliga displaytillämpningar. Den har samma funktioner som Capricorn-M men lägre arbetsfrekvens.
Blockschema för Capricorn-M/L framgår av fig 1 som visar den integrerade 64-bitars CPU-kärnan TX49/H3, GDC-enheten, DDR-SDRAM-styrenheten för fyra bussar och en mängd andra periferi- och gränssnittfunktioner.
Som framgår av schemat finns separata bussar för video, grafik och MCU-funktioner för att garantera optimala prestanda utan busskonflikter.
Bearbetning
Toshibas lågeffekts TX49/H3-kärna har en instruktionsuppsättning (instruction set architecture, ISA) enligt 64 bit MIPS I, II, III och arbetar på 240 MHz (Capricorn-M) eller 120 MHz (Capricorn-L). Kärnan har 16 Kbyte instruktionscache, 16 Kbyte datacache och fullständigt integrerad flyttalsprocessor (FPU) med enkel- och dubbelprecision baserad på IEEE754.
Flyttalsprocessorn ger avsevärda prestandafördelar när det gäller de komplexa matematiska operationer som behövs för bildbehandling.
De omfattande grafik- och displaymöjligheterna åstadkommes av grafikacceleratorn till GDC. GDC är konstruerad för fordonsdisplayer med upplösning från VGA-format till bredbild med fler än 2000 horisontella bildelement (pixel). Den kan hantera upp till 24-bitars färgpalett med fem lager varav fyra huvudlager och ett pekarlager. Grafikacceleratorn förbättrar bilden genom att hantera funktioner som transparens och tillhandahåller de högkvalitativa ”anti-aliasing”-funktioner som behövs för att få en bra bild av rörliga figurer som pilar och instrumentpekare.
Det tredje grafikberäkningsblocket i Capricorn-M/L är ramhanteraren (frame grabber) för insamling och bearbetning av videobilder. Ramhanteraren kan ta in många olika dataformat, t ex från den bakåtriktade kameran, samt hantera bildbehandling som skalning och maskning i realtid.
Minne, periferi och gränssnitt
Tillräckligt minne är viktigt för avancerade tillämpningar för fordon och DDR-SDRAM-styrenheten för fyra G-bussar kan hantera upp till 512 Mbyte externt, delat program- och dataminne. Denna enhetliga minnesarkitektur som tillåter kärn-processorn att dela minne med GDC minskar ytterligare systemkostnaden och antalet externa komponenter. Man behöver bara ett externt DDR-SDRAM. Gränssnitt för NOR- och NAND-flashminne ger tillgång till externt programminne.
Capricorn-kretsarna har gränssnitt för de flesta fordonstillämpningar. En TXCAN-styrenhet har tre CAN-kanaler och med det speciella MediaLB-gränssnittet kan man ansluta till extern styrenhet för MOST-bussen, som är vanlig i infotainmenttillämpningar.
Andra kommunikationsfunktioner är en enkanalig I2C-modul, en trekanalig snabb SIO/UART med FIFO, en tvåkanalig snabb köad FIFO-SPI (ESEI) och generella I/O-funktioner.
Bland Capricorns periferienheter kan nämnas en integrerade 10-bit åttakanalig A/D-omvandlare som är lämplig för att övervaka miljöfunktioner som displayens ljusstyrka och mäta temperaturen, tolv 16-bitars timers, en 24-bitars timer och en watchdog timer. Sex av de 16-bitars timerenheterna har en med displayen synkroniserad PWM-utgång som kan användas för att styra ljusstyrkan i displayen.
Först med 64 bit
Toshibas Capricorn-M och Capricorn-L är marknadens första fordonsdisplaystyrenheter som har högpresterande 64-bitars processor med FPU och grafikstyrenhet med acceleratorfunktioner på chipet. Förutom att uppfylla prestandakraven från nya och kommande fordonsdisplaytillämpningar sparar de nya kretsarna kretskortsyta och kostnader samt ökar systemtillförlitligheten genom att ersätta en MCU-krets och en separat grafikprocessor med en enda krets. EMI-störningar minskar också eftersom man får färre externa anslutningar och färre externa minneskomponenter.
Genom att välja Capricorn kan man snabbt utveckla avancerade hybrid- och halvledarinstrumentgrupper som ger högkvalitativ färggrafik i realtid ifrån digital sifferinformation till video eller HUD-utgång för avancerad hjälp till föraren som mörkerseende eller parkeringshjälp. Dessutom ger beräknings- och grafikprestanda i de nya kretsarna möjlighet att få stora fördelar i konsoltillämpningar.
Klaus Nneuenhüskes, Marknadsföringsingenjör hos Toshiba Electronics Europe (TEE) Microcomputer, Automotive and Consumer IC (MAC IC) Group
11%
13%
42%
12%
22%
