汽车信息大爆炸，下一代仪表显示设计方案

        车联网、ADAS等技术的逐步推进让不少工程师惊呼，车载信息大爆炸时代即将到来。随着车内各类电子系统产生的数据信息量不断攀升，为下一代汽车设计更智能的HMI系统的需求也更为迫切。下一代仪表显示系统将担负起连结驾驶员、车内控制与车外环境的重任。汽车仪表显示系统设计方案不断演进，更强仪表图形能力、更多信息显示内容、更具个性化显示，期待着更强大的车载SoC芯片及设计方案的出现。日前，富士通半导体推出其第三代车载图形应用SoC芯片Triton（MB86R20）系列，希望能满足下一代汽车仪表显示平台的设计需求。
更强运算与图形能力
从GDC到SoC，富士通在汽车图形显示控制深耕多年，产品广泛用于中控显示、多媒体影音娱乐系统、导航、虚拟仪表等领域。富士通半导体（上海）有限公司市场部高级经理周浩洋表示，“此次推出第三代SoC芯片具有增强的CPU和GPU处理能力，其性能完全能满足驱动多屏、高分辨率(1920x720)、全液晶仪表以及360°3D全景显示的需求。” Triton的CPU采用了2个ARM Cortex-A9，3D图形引擎采用POWERVRTM SGX543（图1），与第二代车载SoC芯片Emerald相比，其CPU、GPU的性能分别提高2倍和5倍。同时还从第二代的四路输入配置升级到了全高清影像的6路输入和3路输出，可将来自摄像头的高清影像和本地高清内容输出到多个高清显示屏。其所支持的百万像素影像可以更清晰的显示出车身周围情况，减少驾驶视野盲区。
除3D图形引擎外，该系列还内置了富士通自行开发的二维图形引擎，可实现图像的自适应卷绕（Warping on-the-fly）等功能,该功能可用于Head-up显示的弯曲校正，由于采取各部分独立工作的模式，因此可获得更高的性能表现。其二维图形处理引擎、三维图形处理引擎和视频捕捉器可同时独立工作，并根据不同的应用和显示内容在8个不同的描绘层上进行最佳的图像处理。例如，仪表显示屏上的指针和车身描绘在不同层分别进行二维/三维处理，可实现超越规定性能指标的高度绘图功能（图2）。目前，Triton已在全球同步上市。按车厂通常设计的时间跨度，基于Triton的仪表显示产品有望在2016年面世。


图1. Triton系列功能框图。


图2. Triton系列具有超高性能的绘图功能。


       
基于Triton的多屏、全景方案
在提供Triton芯片的同时，富士通还提供两个基于Triton的仪表显示应用方案： 360°全景百万像素3D成像系统以及多屏(Integrated HMI)全液晶仪表系统。
有别于其它全景系统，基于Triton的360°全景百万像素3D成像系统带有识别功能，可用于通知驾驶员靠近车辆的物体，并在屏幕上予以警示（图3）。据周浩洋介绍，“渐近物体算法是与富士通实验室联合开发的，可以在全景系统上实现ADAS。可协助全景显示，无遗漏地向驾驶者传递汽车周围的危险情况，减少了因车辆死角造成的事故发生概率，尤其是在人口稠密、路况复杂的大城市，这一功能对于安全驾驶的帮助非常巨大。另外，由于可以同时处理来自6个摄像头的影像，因而可进一步拓展适用场景的范围以及提高三维影像表现的自由度。”该全景方案支持多通道6路全高清数字摄像头输入接口，每路支持200万像素，每秒30帧，并搭载世界领先的360°全景拼接算法。“基于该方案，厂商可以结合自己的需要开发不同的靠近预警功能，如语音提醒等，下一步我们也在考虑为该方案加上距离传感器，来感知曲面点上接近物的距离，为夜视等弱视环境提供一个更加明确的距离警示。”周浩洋表示。


图3. 带识别功能的360°全景百万像素3D成像系统。渐进物体在红框中显示。

另一方案，多屏(Integrated HMI)全虚拟仪表系统，则适用于整合车内多个显示平台，集中显示汽车内部和外部数据。该多屏显示系统依托Triton高性能运算能力及独立2D引擎(iris)和3D引擎(Imagination)，可支持3路显示输出，最大支持1920x720分辨率。“人、车与外界连结的信息量迅速增加，并且这些信息正变得越来越复杂，如电动汽车的电池、车辆故障诊断、摄像头影像、警告、导航、智能手机连接和云连接等。以往，这些信息是通过中控显示屏、仪表板显示屏和抬头显示器等分别显示和控制，属于分散型控制。但为了实时和直观地向驾驶员传达汽车及其周围情况，需要将各种信息汇集到一处，进行集中处理，并根据不同驾驶场景选择最佳形式呈现出来。多屏全液晶仪表系统即可实现这个功能，可促进人、车间的人机交互体验更直观、顺畅。” 周浩洋表示。


图4. MB86R20系列实现显示控制（Integrated HMI）。

提供完整方案，也提供差异化支持
富士通半导体针对中国市场将提供整套方案，不仅提供底层的芯片及芯片的驱动，还提供上层的应用软件，包括拼接算法，UI的仪表设计工具，参考设计等，给客户提供一站式服务。“业内的友商通常只是提供底层的芯片和驱动，而上层的方案和软件是来自第三方，而富士通半导体提供整套方案，这意味着客户拿到方案，工程师就可以开始设计，为客户赢得Time to Market。”周浩洋强调。
为帮助车厂实现差异化，富士通半导体还为其SoC提供用途广泛的软件工具包。例如，为便于设计师和技术人员协作，富士通半导体提供用于多屏全液晶仪表系统界面设计(HMI)工具“CGI Studio”。利用该工具可最大限度发挥Triton系列的性能，设计师所绘制的内容通过Triton可立即呈现出来，利于设计师和技术人员的协同配合，以减少产品化过程中的返工。“由于富士通半导体具备丰富的汽车人机界面开发经验，针对像3D全虚拟仪表方案，我们可以帮助厂商根据自己具体需求进行个性化创新开发，可以自由集成虚拟仪表、倒车影像、导航等信息。”周浩洋指出，“同时，近年来车厂特别注重对HMI界面的个性化设计，如UI设计、菜单设计等，甚至车厂有趋势希望能更频繁的更新HMI界面，为客户提供新鲜感和差异化服务，使用CGI Studio则可大大减少开发成本，包括时间成本。”（麦迪）