Grafikcontroller SOC mit ARM-Core für InCar-Applikationen

Autor / Redakteur: Andreas Grimm* / Holger Heller

Die Informationsmenge, die auf optischem Weg Fahrer und Passagieren mitgeteilt wird, steigt stetig. Sei es die Zustandsanzeige von Steuereinheiten, Navigationsinfos oder Passagier-Entertainment, das aus Quellen wie TV, DVD oder Internet stammt. Ein SOC mit ARM-Core, 3D-Grafik-Core und Peripherie optimiert die Kosten für InCar-Navigation und Infotainment.

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( Archiv: Vogel Business Media )

Die Anzahl und Art an Displays im Fahrzeug steigt damit ebenfalls. Die Herausforderung an die Entwickler ist nun, die Datenflüsse und die Steuerung der Displays zu entwickeln und zu optimieren. Neben der Funktionalität und Leistungsfähigkeit spielen die Kosten bei der Auswahl der Komponenten eine wichtige Rolle. Integration ist hier das Schlagwort bei diesen Embedded-Applikationen. Gemeint ist, verschiedene Funktionen und Schnittstellen auf einem Chip in einem Gehäuse zu integrieren, um den Entwicklungsaufwand und die Systemkosten zu reduzieren.

In der Familie der Grafikcontroller stellt Fujitsu mit dem MB86R01 „Jade“ seine erste SOC-Entwicklung in 90-nm-Technologie vor und erweitert damit sein Produktportfolio für Embedded-Grafik-Applikationen. Mit seinem geringen Energieverbrauch und einem erweiterten Temperaturbereich von -40 bis 85 °C ist der Jade wie alle Bausteine dieser Familie für Embedded-Anwendungen im Automotive-Bereich konzipiert. Die Leistungsfähigkeit und Funktionalität wurden entsprechend den Anforderungen heutiger InCar-Applikationen optimiert und stellen damit die notwendige Rechenleistung für unterschiedliche Applikationen, z.B. Dashboard, Head Up Display, Rear Seat Entertainment und Navigationsapplikationen bereit.

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Jade vereint Fujitsus bewährte 3D-Grafiktechnologie des MB86296 „Coral PA“ mit einem 32-Bit-ARM926EJ-STM-Core und verbindet sie über ein breitbandiges Unified DDR2 Memory Interface zu dem gemeinsam genutzten Arbeitsspeicher, der als Befehls-und Datenspeicher der CPU und als Frame-Buffer genutzt wird. Hauptbestandteile des mit 320 MHz getakteten ARM bilden ein 16-KByte-Daten-Cache, ein 16-KByte-Befehls-Cache, ein Java-Interpreter in Jazelle-Technologie und eine MMU (Memory Management Unit). Programm und Daten werden über das parallele SRAM-/Flash-Interface geladen. Um diese Daten vor Manipulation zu schützen (z.B. Fälschen des Kilometerstandes) werden sie im externen Flash-Speicher verschlüsselt abgelegt. Über eine integrierte 128-Bit-Decryption-Unit werden Programm und Daten entschlüsselt und vor deren Ausführung in den Arbeitsspeicher (DDR) übertragen.

Umfangreiche Grafikoperationen

Weitere Schnittstellen wie Parallel ATA, Media LB, UBS 2.0 (H/F) CAN, SD Card, PWM, I²C, I²S, SPI, UART, ADC, DAC, GPIOs und Interrupts ermöglichen den Zugang der CPU zur Außenwelt und positionieren den Jade ebenso als mögliche Lösung für Personal Navigation Devices (PNDs). Ähnlich wie bei den festinstallierten Navigationsgeräten gilt es auch hier, die Karteninformation mit einem Menü überlagert darzustellen. Zur Erzeugung der Grafiken ist bei allen Anwendungen eine hohe Rechenleistung erforderlich.

Der integrierte Grafik-Core des MB86296 Coral PA, der sich schon als Standalone-GDC in heutigen Highend-Applikationen bewährt und sich in verschiedenen Projekten in Serienproduktion befindet, bietet hier ein Paket an Funktionen zur Grafikbeschleunigung. Verschiedene Operationen wie Modelview-Transformationen in Gleitkommaauflösung, Flat-/Goraud-Shading, Anti-Aliasing, Texture-Mapping mit perspektivischer Korrektur, BitBlt und Alpha-Blending sind hier in Form der Geometrie-Rendering-Pipeline in Hardware gegossen. Mit einer geringen CPU-Belastung werden auf diesem Wege 2- und 3D-modellierte Primitive in den Formaten 8, 16 und 24 bpp in den Grafikspeicher übertragen.

Integrierte Video-Eingänge bilden die Schnittstellen zu externen Video-Quellen, deren Datenströme in den Formaten ITU656 und RGB666 eingelesen und verarbeitet werden. Verarbeitung bedeutet hierbei De-Interlacing, Skalierung, Farbraumkonvertierung und Änderungen der Parameter Kontrast, Helligkeit und Farbsättigung. Im direkten Weg können eingelesene Videodaten PIP oder im Hintergrund eines HMI dargestellt oder auch in weiteren Operationsschritten wie Texture Mapping oder Warping benutzt werden.

Zwei Display-Ausgänge und sechs Layer

Der Display-Ausgang des Jade unterstützt die Formate RGB666 bis zu einer maximalen Auflösung von 1280 × 768 auf zwei Display-Ausgängen. Mit der implementierten Layertechnik können bis zu sechs Layer auf beiden Displays überlagert und verblendet dargestellt werden. Jeder Layer kann dabei unabhängig einem oder beiden Ausgängen zugeordnet werden. Treiber sind für die Betriebssyteme Windows, QNX, VxWorks, Linux und Itron geplant.

Jade ist in einem BGA484-Gehäuse erhältlich. Boundary Scan unterstützt das integrierte JTAG-Interface. Als Spannungsversorgung werden 3.3 V für I/Os, 1,8 V für das DDR2-Interface und 1,2 V für den Core benötigt. Erste Muster und das zugehörige Evaluierungsboard sind verfügbar. Zu den Zielapplikationen zählen neben den InCar-Anwendungen auch Industrie-Panels.

Das von Fujitsu im Oktober 2006 neu gegründete Graphics Competence Center konzentriert in einem 30-köpfigen Team Hard- und Softwareentwicklung, Kundensupport und Marketing nahe bei München. Künftige Grafikcontroller werden damit zeit- und funktionsoptimiert entsprechend den Bedürfnissen europäischer Kunden entwickelt. Das Team verfügt über langjähriges Knowhow im Grafikcontroller-Bereich und arbeitet bereits an den Spezifikationen der nächsten Projekte, die als SOC und Highend-Standalone-Grafikcontrollern die Roadmap fortsetzen (Bild 2).

*Andreas Grimm ist Senior Product Marketing Engineer für Graphics Controller bei Fujitsu Microelectronics Europe in Neuried bei München.

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