Socionext: Grafik-Display-Controller Ultra-HD – jetzt auch fürs Auto

Getrieben durch die Entwicklungen im Konsumgüterbereich und die damit verbundenen Kundenerwartungen, wandern ins Fahrzeug immer mehr Displays mit höheren Auflösungen.

Gleichzeitig führt die Konsolidierung der Steuergeräte dazu, dass ein Baustein mehrere Displays bedienen muss. Damit steigen nicht nur die Anforderungen an hochintegrierte HMI-Computer, sondern es entstehen auch vollkommen neue Herausforderungen für vernetzte Displays.

Das Interieur von Fahrzeugen wird heutzutage von immer mehr Displays mit unterschiedlichen Größen und Auflösungen dominiert. Dabei wird großer Wert auf grafisch ansprechende Anzeigen und benutzerfreundliche Bedienung gelegt. Die zentrale Steuerung der Übertragung von Grafikinhalten übernimmt der HMI-Computer. Die Darstellung auf den Displays übernehmen wiederum Grafik-Display-Controller und mit der neuen SC1701-Remote-Display-Controller-Serie von Socionext können nun erstmals im Fahrzeug 4K-Displays (3840 × 2160 Pixel) mit HDR-Unterstützung (High Dynamic Range) und einer Bild-/Datenkommunikation bis zu 12 Gbit/s zum Einsatz kommen. Die SC1701-Serie ist die mittlerweile 3. Generation von Grafik-Display-Controllern, die für Automotive-Anwendungen optimiert sind.

Wie seine beiden Vorgänger gewährleistet der neue Grafik-Display-Controller über einen robusten High-Speed-Video-Link die Anzeige von Inhalten auf einem oder mehreren Displays mit unterschiedlichsten Auflösungen bis hin zu 4K (Ultra HD). Um die dafür nötigen hohen Übertragungsraten zu ermöglichen, setzt Socionext als Video-Link auf die ebenfalls neue APIX3-Schnittstelle von Inova Semiconductor, die mit einer Bandbreite von bis zu 12 Gbit/s für unkomprimierte Video- und Steuerdaten punktet. Alternativ kann die Datenrate mit Hilfe der VESA-DSC-Kompression auf bis zu 28 Gbit/s gesteigert werden. Zusätzlich zum APIX3-Video-High-Speed-Link steht für Kontrolldaten ein Seitenband-Link mit 187,5 Mbit/s zur Verfügung, über den Steuerdaten im VolldFull Duplex übertragen werden können.

Ein im APIX-Link integriertes Ethernet-MII-Protokoll (Media-Independent Interface
-Schnittstelle) ermöglicht außerdem die Übertragung von Helligkeits-, Temperatur- oder Touch-Controller-Daten. So können beispielsweise Touch-Controller-Daten per I2C vom Display-Controller eingelesen und als Ethernet-Stack über den Seitenband-Link mit bis 100 Mbit/s zur Auswertung an den Applikationsprozessor übertragen werden. Damit ist der Seitenband-Link die direkte Verbindung zwischen dem Display, unterstützenden Komponenten - wie Sensoren, Touch- oder Proximity-Controllern – und dem steuernden Prozessor.

Mittels verschiedener Display-Formate, wie LVDS (Low Voltage Differential Signaling), mini-LVDS oder RSDS (Reduced Swing Differential Signaling), wird durch eine differenzielle Datenübertragung eine gute Signalqualität am Display gewährleistet. Dies ist besonders wichtig in Anwendungen, in denen schwierige elektromagnetische Bedingungen herrschen. Ist diese Anforderung nicht relevant, kann das Display auch über das TTL-Interface-Format versorgt werden. Bei Auflösungen von 4K wird der Quad-LVDS-Pixel-Mode – dabei wird die Busbreite zum Display vervierfacht, um den Displaytakt zu vierteln – angewandt, um die Abstrahlung der Display-Signale zu minimieren. In kombinierten Display-Anwendungen mit reduzierter Auflösung besteht die Möglichkeit, auch zwei Displays mit grafischem Inhalt zu versorgen. Da der Remote-Display-Controller zwei unterschiedliche Hardware-Einheiten besitzt, lassen sich verschiedene Display-Timings sowohl in der Auslösung als auch in der Wiederholrate definieren. Timing-Signale für das Display lassen sich entweder durch herkömmliche Synchronisationssignale oder durch die Adressierung der Zeilen-und Spalten-Treiber des Timing-Controllers (TCON) erzeugen. Dafür stellt der integrierte TCON bis zu 12 Signale pro Display-Ausgang zur Verfügung.

Diese direkte Adressierung ist beim mini-LVDS-Display-Interface notwendig, da keine weitere externe Ansteuerlogik auf der Display-Seite zur Verfügung steht. Um die bestmögliche Anzeigequalität zu erzielen, muss die Hintergrundbeleuchtung des Displays bei sich verändernden Lichtverhältnissen, die mittels Helligkeitssensoren gemessen werden, angepasst werden. Mit der SC1701-Serie ist es möglich, die Regelung der Beleuchtung bei starker Sonneneinstrahlung oder das Abblenden der Helligkeit bei einer Nachtfahrt direkt am Display vorzunehmen, und zwar indem die PWM-Signal angepasst werden können, um die gewünschte Beleuchtungsintensität zu erhalten. Insgesamt können 16 PWM-Signale an das Display angeschlossen werden.

Im integrierten Flash-Speicher und im RAM können Sequenzen zur Systemkonfiguration der Schnittstellen oder zum Speichern von Start -up-Screens abgelegt werden. Dank eines Line-Buffer-Prinzips werden Grafiken zeilenweise aufgebaut, was die Kosten im System stark reduziert, da weder ein externer Frame-Buffer noch eine breite Speicherschnittstelle interface auf der Platine vorgehalten werden muss. Das aus mehreren Ebenen zusammengesetzte Bild wird nach Überlagerung mit dem empfangen Videobild des APIX-Links an das Display übertragen und dort zur Anzeige gebracht. 2D-Grafiken werden im internen Speicher vorgehalten und mit Hilfe einer 2D-Engine – basierend auf dem IP SEERIS von Socionext Europe – für den Display-Ausgang aufbereitet. Sollte es die Anwendung notwendig machen, größere Bilder einzusetzen, kann über eine High-Speed-SPI-Schnittstelle zusätzlich externer Speicher angeschlossen oder die Hardware-unterstützte RLE-Komprimierung (Run Length Encoding) aktiviert werden.