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控制技術/MCU  

為嵌入式繪圖應用選擇合適的GDC方案

上網時間: 2011年10月14日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:GDC  繪圖顯示控制器  3D  VRAM  邊帶效應 

作者:Waqar Saleem

資深應用工程師

富士通半導體

高階繪圖顯示控制器(GDC)以令消費者眩目的動態圖形幫助定義了產品的風格和價值。而普通GDC則以簡單明瞭的方式顯示資訊,採用有效且具成本效益的方式為用戶提供他們想看的內容。從3D渲染到影像變形,今天的GDC功能對各種創新應用已不可或缺。

無論功能是簡單還是複雜,都值得認真對待繪圖處理,它也會以高度直接的方式對好的設計予以回報。基本的QVGA顯示IC帶預儲制的圖形並可能包括視訊輸入;最高階的GDC則提供SXGA或更高的顯示解析度,具有動態三維圖形功能和多個輸入;中階GDC則支援WVGA顯示(主要是二維動態圖形,也可能具有一些3D功能)和視訊輸入。

一些應用對成本高度感應,例如汽車產業,對這些應用來說,最低的材料成本是首要考慮之一。從基礎到中階應用,設計人員可以採用繪圖控制器SoC這種單晶片方案來滿足成本要求。這些GDC可透過CAN匯流排與其它汽車系統通訊,並可進入電源切斷模式以節省電池電量。

但視訊隨機存取記憶體(VRAM)容量以及諸如匯流排速度等瓶頸限制了繪圖功能的水準,並制約了靈活性、畫素填充率和最大顯示器尺寸。如果性能比成本重要,那麼基於多晶片架構的更高階的SoC是上佳選擇。這些GDC依靠外部的車用MCU處理CAN通訊、電源管理和步進馬達控制器等週邊設備。它們沒有內建VRAM和快閃記憶體程式記憶體,但使用高速VRAM介面支援高性能。

一些應用領域(尤其是汽車)必須要保持與智慧手機中常見的高階繪圖的同步。設計者必須要確保GDC可以產生流暢、清晰的影像,系統要能迅速響應用戶輸入。因此,GDC不能成為系統的短板,阻礙向最終用戶提供他們所期望的用戶體驗。

對於基本和中階應用來說,一款真正的單晶片SoC方案可能是合適的。但對高階應用,這種元件可能仍無法提供足夠性能,這時就需採用一種具有外部VRAM和快閃記憶體的更高階的(多晶片架構)SoC方案。

如果產品的顯示系統支援24位元RGB輸入,則一款帶24位元RGB輸出的GDC就有助於避免邊帶效應(banding effect)(同一顏色色調間的突然變化)。使用24位元色彩,確保圖形看起來流暢;否則,就可能需要GDC具有抖動功能以中和邊帶效應。抖動可向訊框緩衝區添加隨機雜訊,以規避有限的顏色深度導致邊帶效應。

儘管流暢、華麗的圖形總具有吸引力,但在諸如產業電子設備等應用中,堅固耐用和易用性是設計首要考量,此時,基本的繪圖功能就可滿足要求。低階GDC可為多種用途提供優良的性能表現,且不會增加成本。

繪圖內容:靜態還是動態?

GDC的選用還取決於繪圖內容的性質。如果內容是靜態且可預先確定的,選用諸如‘精靈引擎’那種低成本GDC可能就夠了。預儲制的繪圖位元圖可儲存在這種精靈GDC的外部快閃記憶體內。這種GDC可非常好地處理不同的色彩格式(那些使用顏色查找表或在訊框緩衝區內具有實際畫素值的格式),還可以處理透明感和α混合。採用諸如RLD(執行長度解碼器)等低開銷的壓縮方案,可顯著降低對預儲製繪圖的儲存需求,因而降低了成本。

其它應用可能需要即時產生的動態繪圖內容,如地圖或隨機動畫。這些應用需要GDC具有根據紋理貼圖呈現二維或三維模型的全功能管線功能。使用諸如硬體照明和霧化等功能也會使應用更完滿。對於更複雜的任務,帶著色器的繪圖引擎可提供更大靈活性。

使用靈活的顯示控制器能夠簡化繪圖實現,並可呈現更美觀的圖形。具體來說,靈活的分層方案以及對多層次的支援和α平面及多種顏色深度,可極大簡化繪圖開發過程。

然後是對二維和三維圖形的選擇。使用三維圖形會影響對GDC所需性能和功能的要求。例如,3D應用要求比2D應用更高的頂點處理速率;另外,3D繪圖還要求對紋理貼圖的角度校正和‘Mip映射’等功能。Mipmap是對主紋理貼圖進行最佳化並重新調整了大小的版本,它與主紋理貼圖儲存在一起。由於這種功能可避免調整主紋理貼圖的大小,因而有助於提高性能。

只是為三維繪圖添加Z座標就能大幅提高對處理的要求。二維繪圖渲染很簡單,如果內容是靜態的,它還可以預儲制,如前所討論的。但在動態2D或3D內容情況下,則需要一個具有完整管線的繪圖引擎。


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