Ultra HD per l’auto – Una nuova generazione di controller per display grafici

La tendenza verso display a risoluzione ancora più alta per le applicazioni automotive prosegue senza sosta, favorita dall’evoluzione dei display consumer e dalle aspettative dei consumatori. Allo stesso tempo il consolidamento delle unità di controllo fa sì che un solo dispositivo debba gestire più display ad alta risoluzione. Queste esigenze, oltre ad aumentare i requisiti dei computer HMI ad alta integrazione, pongono nuove sfide ai display collegati in rete. Per la prima volta la nuova serie di controller per display grafici a marchio Socionext offre soluzioni per l’auto complete di display 4k, supporto HDR e comunicazione dati/immagini fino a 12 GB/s.

I prodotti di Socionext Europe, azienda produttrice di semiconduttori, sono da diversi anni sulla breccia degli sviluppi tecnologici dei sistemi di display grafici per auto. La nuova serie SC1701 è la terza generazione di controller per display grafici ad affermarsi quale sistema ottimizzato per applicazioni automotive. L’interno dei veicoli è dominato da un numero sempre maggiore di display a risoluzione sempre più alta, con diverse dimensioni e risoluzioni. Per questo viene dato particolare rilievo a display graficamente accattivanti e alla facilità di funzionamento. Il computer dotato di HMI si occupa del controllo centralizzato del trasferimento dei contenuti grafici. Il nuovo controller per display grafici utilizza, come i suoi predecessori, un collegamento video ad alta velocità per garantire la visualizzazione di contenuti su uno o più display con risoluzioni fino a 4K (ultra HD). Per garantire le elevate velocità di trasmissione necessarie, Socionext utilizza, come collegamento video, la nuova interfaccia APIX3® di Inova Semiconductor che soddisfa i necessari requisiti grazie a una larghezza di banda fino a 12 GB/s per video non compressi e dati di controllo. In alternativa la velocità di trasmissione può essere aumentata fino a 28 GB/s mediante il metodo di compressione VESA DSC.  Oltre all’interfaccia APIX3® è disponibile un collegamento in banda laterale da 187,5 MB/s per i dati di controllo; questo collegamento è molto importante per il sistema in quanto consente la trasmissione di dati full-duplex. Un protocollo MII (Media Independent Interface) Ethernet integrato nel collegamento APIX® consente inoltre la trasmissione dei dati relativi a luminosità e temperatura o del controller tattile. Ad esempio, i dati del controller tattile possono essere letti dal controller del display mediante I2C ed essere trasmessi al processore applicativo, a una velocità fino a 100 MB/s, come stack Ethernet tramite il collegamento in banda laterale per essere valutati. Il collegamento in banda laterale rappresenta quindi la connessione diretta tra il display, i componenti di supporto (es. sensori, controller tattili o di prossimità) e il processore di controllo. Utilizzando diversi formati di visualizzazione, tra cui LVDS (Low Voltage Differential Signalling), mini-LVDS o RSDS (Reduced Swing Differential Signalling), la trasmissione dati differenziale garantisce una buona qualità del segnale sul display. Ciò è particolarmente importante nelle applicazioni in cui prevalgono condizioni elettromagnetiche difficili. Se questo non è un requisito importante, il display può essere alimentato anche con l’interfaccia TTL.  Con risoluzioni di 4K la Quad LVDS Pixel Mode viene utilizzata per ridurre al minimo l’emissione dei segnali di visualizzazione. Con questo metodo la larghezza del bus verso il display viene quadruplicata, ottenendo un quarto del ciclo di visualizzazione. Nelle applicazioni di display combinati con risoluzione ridotta è possibile alimentare anche due display con contenuto grafico. Dato che il controller del display remoto dispone di due unità hardware diverse, è possibile definire temporizzazioni del display diverse, sia per la risoluzione che per il refresh rate. I segnali di temporizzazione per il display possono essere generati da segnali di sincronizzazione tradizionali o mediante l’indirizzamento dei circuiti di pilotaggio delle righe e delle colonne del timing controller (TCON). Il TCON integrato fornisce fino a 12 segnali per ogni uscita del display. Questo indirizzamento diretto è necessario nel caso delle interfacce mini-LVDS in quanto sul lato display non è disponibile un’altra logica di controllo esterna.

Regolazione dell’illuminazione

Per ottenere la migliore qualità di visualizzazione possibile, è necessario adeguare la retroilluminazione del display alle condizioni di luce variabili, misurate mediante sensori di luminosità. La regolazione della luminosità del display in presenza di forte luce solare o la riduzione della luminosità durante un viaggio notturno possono essere effettuate direttamente sul display, regolando il segnale PWM (Pulse-Width-Modulation) in modo da ottenere l’intensità luminosa desiderata. Al display è possibile collegare 16 segnali PWM.

Gestione della memoria

Nella memoria flash integrata e nella RAM è possibile salvare sequenze per la configurazione del sistema delle interfacce o per la memorizzazione di schermate di avvio. Grazie al principio del buffer di linea le grafiche vengono costruite riga per riga; ciò consente di ridurre i costi di sistema dato che sulla scheda non occorrono né un frame buffer esterno né un’interfaccia di memoria ampia. L’immagine a più livelli viene trasmessa al display, previa sovrapposizione dell’immagine video ricevuta del collegamento APIX®, e qui visualizzata. Gli elementi grafici 2D vengono salvati nella memoria interna e preparati per la visualizzazione con l’ausilio di un motore 2D. Se l’applicazione richiede l’uso di immagini più grandi, è possibile collegare un’altra memoria esterna mediante un’interfaccia SPI ad alta velocità oppure attivare la compressione RLE (Run Length Encoding) supportata da hardware. Il motore 2D è l’IP SEERIS® sviluppato da Socionext Europe.

Maggiore focus sulla sicurezza dei sistemi

L’utilizzo di cruscotti di qualità elevata fa sì che anche le informazioni primarie per il conducente vengano sostituite da messaggi visualizzati su display. Ciò comporta requisiti di sicurezza più rigorosi in quanto immagini danneggiate o video congelati possono aumentare il rischio di incidenti. Una cosa è certa: alcuni display devono sempre fornire informazioni affidabili, ad esempio gli indicatori di check control e di cambio marce e le telecamere di retromarcia. Per questo l’intera catena deve essere sempre sicura e il sistema di sicurezza non deve presentare carenze. In caso di guasto, il sistema di visualizzazione deve essere in grado di individuarlo automaticamente e reagire di conseguenza. Per soddisfare queste esigenze Socionext ha previsto nella nuova serie di controller per display SC1701 diverse nuove funzioni, ad esempio la ‘freeze detection’, per cui un contafotogrammi invisibile riconosce se le immagini delle telecamere sono congelate. Inoltre un’unità completamente nuova consente di verificare, con un bit di precisione, la correttezza dei contenuti immediatamente prima che vengano visualizzati. Sono disponibili diversi settori di rilevazione e, con l’ausilio di maschere e tolleranze regolabili, gli errori possono essere individuati anche con diverse fonti di immagine. Tra le altre caratteristiche figurano la visualizzazione di contenuti specifici in caso di perdita di segnale e, naturalmente, la comunicazione a stream, protetta su più livelli, con l’unità di creazione della grafica. A queste si aggiungono anche funzioni di autodiagnosi e misure per il monitoraggio della tensione di esercizio, la generazione di clock e la temperatura del chip, oltre ad altri parametri che potrebbero causare guasti in caso di anomalie.

Display sempre più studiati per l’intrattenimento

Nei prossimi anni la guida autonoma porterà cambiamenti nel panorama dei display che saranno più indirizzati verso l’intrattenimento: nei lunghi viaggi in autostrada il conducente diventerà un passeggero e nel sistema di visualizzazione centrale verranno inserite altre applicazioni. Per questo è importante garantire che le applicazioni di intrattenimento siano dotate di funzioni antipirateria, che nei prodotti della serie SC1701 sono rappresentate dal sistema HDCP. I veicoli a guida autonoma porteranno sicuramente alla nascita di nuovi tipi di display che al momento esistono solo come progetti. Ciò che serve è un’architettura flessibile che consenta un adattamento dei componenti della famiglia di controller per display. Verso la metà di quest’anno il sistema di sviluppo sarà a disposizione degli utenti che potranno così testare il controller per display nelle proprie applicazioni e, nel giro di poco tempo, sviluppare i primi prototipi. Il kit consente di realizzare un sistema embedded e può essere integrato nell’hardware iniziale. Inoltre la scheda può essere utilizzata come modello per sviluppi in-house.

SC1701 di Socionext 

I controller per display serie SC1701 di Socionext sono appositamente progettati per applicazioni di visualizzazione remota per auto. Essi ricevono segnali video e di controllo mediante il ricevitore APIX integrato, elaborano i dati e, allo stesso tempo, fungono da ponte di comunicazione e video verso i display e i dispositivi periferici collegati. La terza generazione utilizza l’interfaccia APIX3® di Inova Semiconductor con una larghezza di banda del collegamento fino a 12 GB/s.I componenti della generazione precedente, già prodotti in serie, vengono utilizzati in numerose applicazioni di vari costruttori di auto, tra cui display centrali, display head-up, quadri strumenti e monitor per i sedili posteriori.

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