About / Advertise
System på kisel minskar antalet komponenter i instrument och underhållningssystem.
 Klaus Neuenhueskes är produktmarknadsföringsingenjör hos Toshiba Electronics Europe Microcomputer, Automotive and Consumer IC Group vid företagets europeiska huvudkontor i Düsseldorf. |
Navigationssystem, musik, parkeringskameror och trafikinformation samt vanliga data för hastighet, varvtal, bränsle och trafikvarningar ger instrumentgrupper och instrumentkonsoler i moderna fordon föraren mer information och mer funktionalitet än någonsin tidigare. Eftersom fordonstillverkare strävar efter att minska antalet komponenter, förenkla konstruktionen, snabba upp implementeringen och minska kostnaden söker halvledartillverkare skapa systemkretsar (SoC, system-on-chip) som löser dessa nya och växande krav på infotainment.
Två nya och helt olika systemlösningar från Toshiba ger en god insikt i spjutspetsteknologin i system på kisel för dessa tillämpningar.Styrkretsar för TFT-displayer
LCD-displayer för navigation, klimatstyrning, tv och andra infotainmentsystem är vanliga, och grafiska färgdisplayer används i hybridinstrumentgrupper som kombinerar grafisk information med mer konventionella mekaniska displayer för hastighet, varvtal, bränsle och temperatur. Denna trend kommer att fortsätta när färgdisplayer ersätter enfärgade eller passiva displayer i instrumentgrupper. Nästa generation konstruktioner kommer att använda helt digitala TFT- eller OLED-displayer.
Halvledarbaserade instrumentgrupper ger påtagligt ökad flexibilitet. En helt digital display ger möjlighet att anpassa utseende och känsla på instrumentgrupper efter användarnas önskemål. Innehållet kan variera - ibland vill föraren se en navigationskarta och ibland bilden från parkeringskameran. Grafiska displayer är också en viktig beståndsdel i de kommande HUD-systemen (head up display) där data presenteras på vindrutan i stället för instrumentpanelen.
Vikten av informationen på instrumentgruppen och mängden av olika data som måste bearbetas och presenteras betyder att dessa nya och framväxande fordonsdisplaytillämpningar behöver mycket sofistikerad och tillförlitlig realtidsberäkning och displaystyrning. Med dessa faktorer i minnet har Toshiba utvecklat systemkretsarna Capricorn-M och Capricorn-L för fordonsdisplayer.
De nya kretsarna ger konstruktörer av fordonsdisplayer helt integrerade kretsar som innehåller en kraftfull 64-bitars processor, dedikerad grafisk styrkrets (graphical display controller, GDC) och integrerad flyttalsenhet (floating point unit, FPU) samt en mängd I/O-möjligheter och kommunikationsgränssnitt som Can. Om man konstruerar en displaytillämpning med en av dessa nya kretsar minskar behovet av externa komponenter, vilket sänker kostnaden. Dessutom ökar systemtillförlitligheten.
Integrerad i båda Capricornkretsarna är en kraftfull 64-bitars RISC-processor, kraftfulla grafiska möjligheter optimerade för instrumentgrupper och instrumentbräda samt många periferi- och gränssnittstillval. Capricorn-M är kapslad i P-BGA456-kapsel och arbetar på 240 MHz och är avsedd för displaytillämpningar i exklusiva instrumentgrupper och mittkonsoler. Capricorn-L levereras i den mindre P-FBGA289-kapseln och är avsedd för mycket kostnadskänsliga displaytillämpningar. Båda har samma funktionalitet men Capricorn-L arbetar på 120 MHz.
Det blir höga krav på grafikhanteringen när instrumentbrädan ersätts av en LCD-skärm. Det syns på blockschemat för Capricorn, Toshibas systemkrets som tagits fram för ändamålet.
De omfattande grafikfunktionerna och displaymöjligheterna tillhandahålls av grafikacceleratorn i GDC:n. Denna är konstruerad för fordonsdisplayer med upplösning från vanlig VGA-upplösning till mycket breda kundanpassade displayer med mer än 2000 pixlar på bredden. GDC:n klarar en 24-bitars färgpalett med en femlagers modell med fyra huvudlager och ett pekarlager. Grafikacceleratorn förbättrar displayfunktionen genom att hantera funktioner som sammanslagning av transparens och de mycket högkvalitativa funktionerna för anti-aliasing som behövs för jämn rörelse av rörliga grafikobjekt som pilar och instrumentpekare.
Det tredje grafiska blocket är en bildfångare (frame grabber) för insamling och bearbetning av videobilder. Den kan hantera många olika format och kan därtill ta emot signaler från fordonskameror - till exempel parkeringskameran - och tillhandahålla bildbearbetningsfunktioner i realtid som utsnittsförändring och skalning.
Tillräckligt minne är viktigt för avancerade fordonsdisplaytillämpningar och den integrerade DDR-SDRAM-styrenheten för fyra G-bussar kan hantera upp till 512 Mbyte externt delat program- och dataminne. Denna enhetliga minnesarkitektur som gör att kärnprocessorn kan dela minne med GDC:n minskar systemkostnaden och antalet externa komponenter ytterligare eftersom man bara behöver ett externt DDR-SDRAM. Det finns också gränssnitt till NOR- och NAND-flashminnen för externt programminne.
Capricornkretsarna har många olika gränssnitt för fordonstillämpningar. En TXCAN-styrenhet hanterar tre CAN-kanaler och ett dedicerad MedialLB-gränssnitt ger anslutningsmöjlighet till en extern processor för Most-bussen som ofta används i multimediatillämpningar för fordon. Andra gränssnitt är enkanalig I2C, en trekanalig snabb SIO/UART med FIFO, en tvåkanalig snabb ESEI (queued/FIFO-SPI) och generella I/O.
Ljud av hög kvalitet
Multimediahårdvara i fordon måste kunna hantera olika media och kodningar. CD, SD- och MiniSD-kort och portabla MP3-spelare är vanliga enheter som måste hanteras. Förutom ljud-CD måste systemets CD-spelare också kunna hantera datatyper som ISO9660 och CD-ROM.
Att avkoda audiofiler är inte helt enkelt. Användare förväntar sig kunna använda alla filformat (MP3, AAC, WMA och ATRAC) med god ljudkvalitet. På en högre nivå måste ljudbaserad trafikinformation avkodas och läggas in i högtalaren. Alla dessa krav ställer höga krav på tillgänglig processorkraft. Diskar i fordon utsätts för stötar och utsignalen måste buffras för att det inte skall uppstå uppehåll i ljudet vid läsfel. Minnesbuffrar ökar både kostnaden och byggstorleken vilket är mindre lämpligt i en fordonstillämpning.
Slutligen måste man ta hänsyn till tomgångsströmmen för att inte ett infotainmentsystemet skall tömma batteriet när tändningen är frånslagen.
Toshibas SoC:er TC94A34, TC94A70FG (Zipang-1) och TC94A73MFG (Zipang-2) är utvecklade för att passa moderna multimediatillämpningar I fordon. De tre kretsarna representerar stegvis högre grad av integration och ger konstruktören flexibilitet när det gäller att bestämma om han skall köpa en komplett lösning eller förlita sig på egen IP eller utvecklingsexpertis för att implementera väsentliga delar i ett projekt.
Alla tre kretsarna har alla audioavkodningsfunktioner. TC94A70FG har dessutom CD-styrning och TC94A73MFG är en SiP-lösning (system-in-package) med FCRAM (Fast Cycle RAM) för ESP-funktioner (electronic shock protection).
Nya kretsar av denna typ kan påtagligt förenkla designen av multimediasystem i fordon genom att minska antalet komponenter och belastningen på systemprocessorn. Toshibas Zipang-kretsar innehåller många funktioner som CD-avspelning, uppspelning av komprimerat ljud, ISO9660-styrning och ljuduppspelning samt CD-ROM-moder för dataöverföring. Man kan också åstadkomma digitala filter och equalizer-funktioner samt styrning av dynamiskt område och av ljudfältet utan extra komponenter.
DSP-funktionerna för ljudavkodning i de nya kretsarna stödjer ljudformaten MP3, WMA, ATRAC3 Plus, ATRAC CD och AAC. Bland speciella CD-funktioner kan nämnas digital servoprocessor med HF-förstärkare och en DA-omvandlare för audio. Alla kretsarna har ett 4-bitars parallellgränssnitt och ett 4-linjers seriegränssnitt för anslutning direkt till MCU-krets. Gränssnitt för seriell digital och analog audio (tre I2S-ingångar, en I2S-utgång och en SPDIF-anslutning) get stor flexibilitet för audio.
Arkitekturer av den beskrivna typen visar på de ökade möjligheterna och ambitionerna att integrera flera innehållskällor och dataformat i fordonsmiljön. Trenden kommer att fortsätta och det är troligt att audiosystem i fordon kommer att öka i komplexitet allt eftersom audioteknologin framskrider och att komponenterna kommer att kunna hantera fler codec-typer.
Kretsar som de i Zipang-familjen kommer också att fortsätta att öka i integrationsgrad för att ge mer processorkraft, minska antalet systemkomponenter och belastningen på systemprocessorn. När arkitekturer av denna typ blir vanligare kommer kraven på utvecklingssystem som snabbar upp utvecklingstiden att öka.
