Grafikcontroller Bestehende Maschinen kostengünstig mit TFTs ausrüsten

Autor / Redakteur: Oliver Leger* / Claudia Malllok

TFT-Displays laufen in der Industrie der 7-Segment-Anzeige den Rang ab. Unterstützung beim Einstieg in „Embedded-Grafiken“ geben Fujitsu und Glyn. Die Basis ist der für den industriellen Einsatz konzipierte Grafikcontroller LIME – projektbezogen sind Verfügbarkeiten von bis zu sieben Jahren sichergestellt. Hardware und Software gibt es komplett aus einer Hand.

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( Archiv: Vogel Business Media )

Aktuelle Forschungsergebnisse belegen, dass der Mensch in etwa 40 Mio. Bit pro Sekunde mit dem Auge aufnehmen kann. Die Durchschnittliche Lesegeschwindigkeit liegt aber nur bei etwa 10 Wörtern pro Sekunde (10 Wörter, je 5 Buchstaben). Damit ist klar: Informationen müssen so dargestellt werden, dass sie der Mensch leicht erfassen kann.

Professionelle Visualisierung mithilfe von TFTs (Thin-Film Transistor Display) ist deswegen nicht mehr ein Feature in der Highend-Klasse, sondern mittlerweile zum Standard geworden. Zur Ansteuerung eines TFT benötigt man einen Grafikcontroller, der ebenfalls diesen Anforderungen gerecht wird.

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„Wie kann ich meine bewährte Maschine mit einer modernen Anzeige ausrüsten?“ – Vielen Entwicklern und Konstrukteuren bereitet diese Frage Kopfzerbrechen. Die Entwicklung der bestehenden Hardware ist lange abgeschlossen, hat alle nötigen Zertifikate bestanden und sollte eigentlich nicht komplett neu entwickelt werden. Wo früher eine 7-Segment-Anzeige ausgereicht hat, wird jetzt nach einer zeitgemäßen Prozessvisualisierung über TFT verlangt.

TFT-Display sattt 7-Segment-Anzeige

Dabei stellen sich folgende Fragen: Wie bindet man das TFT statt der 7-Segment-Anzeige an die eigene Applikation an? Welcher Grafikcontroller eignet sich für die Anbindung an den Mikrocontroller? Wie steht es mit der Verfügbarkeit des Grafikcontrollers, dem Temperaturbereich und dem Stromverbrauch?

Oft fehlen Anwendern Erfahrungswerte und das Knowhow. Die Engineering-Experten von Glyn geben Hilfestellung. Merkmale der Grafikcontroller von Fujitsu sind eine extreme Langzeitverfügbarkeit, ein industrieller Temperaturbereich sowie niedriger Stromverbrauch. Videos einer Kamera lassen sich direkt einblenden. Man benötigt keinerlei aktive und passive Kühlung und somit keine fehleranfälligen Bauteile.

Fujitsu greift ausschließlich auf eigene Fertigungsstätten zurück, die auf mehrere Standorte verteilt sind. Die Produktpalette umfasst insgesamt 10 Grafikcontroller – weitere sind in der Planung. Im Mittelpunkt dieses Beitrages steht der für den industriellen Einsatz optimierte LIME-Grafikcontroller MB86276.

Der LIME-Grafikcontroller – einer für alle Anwendungsfälle

Der Grafikcontroller LIME (MB86276) zeichnet sich durch seine auf 2-D optimierte Rendering-Funktion aus. Bis zu 6 Layer lassen sich mit einer Farbtiefe von 8, 16 oder 24 Bit pro Pixel gleichzeitig darstellen. Die integrierte Alpha-Plane kann zur Überblendung von Layern genutzt werden und damit z.B. bestimmte Grafikbereiche optisch hervorheben. Die erweiterten Bit-Block-Transfer-Funktionen erlauben es, Bilder von der CPU oder dem Grafikspeicher schnell und effizient zu kopieren. Dieses Feature ist speziell für die Optimierung der Performance ein wichtiger Bestandteil.

Ein Video-Stream kann mit unterschiedlichen Formaten eingeblendet werden. Unterstützt werden ITU 656, ITU601, RGB666 und RGB888 Datenformate. Die Streams können frei skaliert, in das angezeigte Bild eingeblendet oder als Vollbild dargestellt werden.

Eines der herausragenden Merkmale ist die Möglichkeit, zwei Displays mit nur einem Grafikcontroller anzusteuern. Diese Möglichkeit kann man z.B. für Kassen mit Kunden- und Kassiererdisplay oder Rear-Seat-Entertainment im Auto nutzen.

Schnittstelle zwischen MCU und Grafikcontroller

• Möglichkeit 1: I²C-Bus als MCU-Schnittstelle

Für die eingangs beschriebene Situation ist der I²C-Bus als MCU-Schnittstelle sicherlich die Lösung aller Probleme. Dann nämlich, wenn die MCU feststeht und kein externer Bus vorhanden ist. Meist ist aber eine I²C-Schnittstelle vorhanden, die zur Datenübertragung herangezogen werden kann. Das Nadelöhr bei dieser Lösung ist die Datenübertragung über den I²C-Bus der mit 400 kHz getaktet ist. Komplexere Grafiken kann man beim Systemstart in den Controller übertragen und kann hier Performance-Engpässe bei der Übertragung umgehen. Durch einfaches Umschalten der Layer oder ein internes umkopieren kann trotzdem ein schneller Wechsel der Anzeige bewirkt werden.

Die Lösung mit dem I²C-Bus ist für alle interessant, die keine größeren Eingriffe in ihr bestehendes Hardwaredesign machen können, aber mit der etwas niedrigeren Geschwindigkeit bei komplexen Darstellungen leben können. Die Schnittstelle ist für den User sehr transparent ausgelegt, denn er spricht bei allen Betriebsmodi die gleichen Registeradressen an (16-Bit-Modus mit Offset). Somit ist sichergestellt, dass beim nächsten Projekt, bei dem ein paralleler Bus vorhanden ist, alle Sourcen wieder verwendet werden können.

• Möglichkeit 2: Parallele Busverbindung – Highway für Highend-Grafik

Ist man beim Anschluss des Grafikcontrollers keinen Limitierungen ausgesetzt, sollte man die Verbindung mit dem 16 oder 32 Bit breiten Bus wählen. Der Grafikcontroller kann hier seine komplette Performance ausspielen. Exem-plarisch sei die Kombination mit einem Highend Mikrocontroller von Fujitsu erwähnt: Der MB91F467 gehört zu den aktuellsten Controllern aus der großen Familie von 32-Bit-MCUs.

Der Anschluss erfolgt über die Verbindung von Adress- und Datenleitungen. Als Steuerleitungen werden eine Bus-Clock, ein Read/Write-Signal sowie die Signale zur Byte-weisen Selektion benötigt. Die Mikrocontroller von Fujitsu verfügen über eine Vielzahl von zusätzlichen Schnittstellen wie CAN, LIN, Flexray, usw. und bieten die ideale Verbindungsschnittstelle zur Außenwelt.

Controller-Programmierung mit Softune Workbench

Programmiert werden die Controller mit der Softune Workbench. Diese integrierte Entwicklungsumgebung ist in puncto Handling und Zuverlässigkeit vergleichbar mit anderen professionellen Entwicklungsumgebungen. Im Gegensatz zu diesen wird sie aber für europäische Kunden kostenfrei zur Verfügung gestellt. Auf der Fujitsu-Webseite gibt es eine Fülle von Softwarebeispielen, welche die ersten Schritte vereinfachen (siehe Link).

Die Programmierschnittstelle bei den Grafikcontrollern ist eine dem OPEN-GL-Standard sehr ähnliche API. Damit lassen sich die Anpassung an ein Display, komplexe Polygonberechnungen sowie Schriftdarstellung einfach realisieren. Dieses komplette Paket ist ebenfalls kostenfrei bei Glyn erhältlich (siehe Link).

Fujitsu hat das Konzept vorgemacht – Glyn führt es weiter. Bietet der Hersteller alles, was an Programmier-Tools benötigt wird, so sind von Glyn die Hardwarekomponenten verfügbar. Deswegen wurde ein Entwicklungs-Board für den Grafikcontroller LIME entwickelt, das mit seinem CE-konformen Design auch für den Serieneinsatz geeignet ist. Das EVB–LIME enthält auf der Größe einer Scheckkarte den Grafikspeicher (8 MByte) sowie einen Video-Eingangsprozessor. Über Pfostenleisten wird die Karte in das eigene Design integriert. Ergebnis: eine kostengünstige Alternative zum selbst entwickelten Board.

Bei Glyn sind diverse TFTs inklusive Inverter verfügbar. Hier sind alle Kabel so vorkonfektioniert, dass sie direkt an das EVB-LIME angeschlossen werden können. Ein Adapterboard EVB-LIME-ADAP1 ermög-licht den Anschluss an Fujitsu-eigene 32-Bit-Starterkits. In der Entwicklung befindet sich außerdem eine Aufsteckplatine, die das EVB-LIME mit einem 16-Bit-Controller ansteuert. Dies ermöglicht den schnellen Aufbau einer funktionsfähigen Grafikanwendung.

Das passende TFT-Display für die Industrie

Ein Highrunner bei Displays ist das aktuelle Hitachi TX18D16. Merkmale sind seine Langzeitverfügbarkeit sowie seine exzellenten technischen Daten (siehe Kasten). Mit 600 cd Helligkeit und erweitertem Temperaturbereich eignet es sich gut für fast alle industriellen Anwendungen. Die kompakte Bauform lässt sich in einem Gehäuse unterbringen, in dem früher ein 5,7“-Display in QVGA verbaut wurde.

Fazit: Professionelle Visualisierungen sind mittlerweile Standard und lassen sich durchaus kostengünstig realisieren. Bei der Projektierung sollte man allerdings auf einen verlässlichen Partner zugreifen, der eine Komplettlösung bieten kann und auch die Aspekte der Langzeitverfügbarkeit berücksichtigt. Ein modulares Konzept, das sich schnell und effektiv an die veränderten Bedürfnisse anpassen lässt, bietet die nötige Sicherheit für zukünftige Projekterweiterungen.

Glyn, Tel. +49(0)6126 590252

*Dipl.-Ing. (FH) Oliver Leger ist FAE bei der Glyn GmbH & Co. KG in Idstein.

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