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高分辨率条形显示应用中的高级图形控制技术

时间:2021-06-03 作者:David Wang 阅读:
条形显示器被广泛用于各种不同的工业部门以提供人机接口(HMIS),高度适用于只有有限空间可用的用例标准,或者考虑有预算限制的情况。它们的功耗也明显低于同样宽度的方形显示器。这使得这种显示器从节能的角度来看很有吸引力,因此电池供电的便携式设备通常会以它们为特色。尽管条形显示器具有尺寸、成本和集成优势,但其图形呈现方式并非没有挑战。在下面的文章中,我们将探讨如何应对这类挑战。
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条形显示器被广泛用于各种不同的工业部门以提供人机接口(HMIS),高度适用于只有有限空间可用的用例标准,或者考虑有预算限制的情况。它们的功耗也明显低于同样宽度的方形显示器。这使得这种显示器从节能的角度来看很有吸引力,因此电池供电的便携式设备通常会以它们为特色。此外,条形显示器的部署适合现有设备设计的升级,这些设备设计正在从机械按钮和7段显示器迁移到更复杂的HMI布置,这样布局无需更改。

它们经常出现在家用电器、智能家居控制、体育设备、医疗监控系统、数字标牌、销售点(PoS)单元等众多地方。它们也常用于车辆的数字仪表板。在某些情况下,采用分区,以便可以在单个条上容纳处理不同功能方面的多个方形显示器。 

尽管条形显示器具有尺寸、成本和集成优势,但其图形呈现方式并非没有挑战。在下面的文章中,我们将探讨如何应对这类挑战。 

图1:1440 x 540像素分辨率的汽车仪表板显示屏 

我们来看看目前典型的汽车仪表板。图1所示的示例依赖于分辨率为1440 x 540像素的12.3英寸拉伸液晶显示器。考虑到驾驶员需要随时了解与车辆运行相关的所有不同参数(如车速、转速、轮胎压力、燃油油位、机油压力、导航数据),显示器需要实时响应和卓越的图像质量。 

目前可用的图形控制器设备难以提供某些标准或非标准LCD面板格式所需的像素时钟。在我们的示例中,1440 x 540分辨率面板将要求将像素时钟设置为50MHz左右,以实现所需的60Hz显示刷新率。快速响应不仅在汽车领域至关重要,在医疗设备或工业硬件领域也同样重要。

另一个不便是显示系统的缓慢启动周期,因此需要考虑这一点。操作系统在图形芯片上启动,然后将整个第一帧逐像素渲染到显示器上需要时间,因为所有必要的数据都需要从闪存中读取并通过帧缓冲区。这可能需要几秒钟才能完成,从用户体验的角度来看,这并不是特别好。  

还应该提到的是,一些条形显示面板将具有非方形像素尺寸,这可能会产生问题。例如,1024x600 LCD的像素宽长比可以是1.05(不是1.00)。在许多应用中,这并不代表问题,但某些应用(例如渲染圆的应用)可能需要应用某些纵横比调整。 

条形显示器的分区,以便显示几个不同的子显示器,在使用普通图形控制器IC时会带来相当大的复杂性。这将需要大量的软件开发工作,因为这样的图形控制器依赖于基于帧的方法。图形控制器设备现在提供了另一种选择。 

Bridgetek开发了图形控制器技术,可以处理刚才描述的像素时钟、像素大小和启动时间问题,以及加速HMI软件开发。新的ExtSync模块已被整合到该公司最新的BT817/BT818系列嵌入式视频引擎(EVE)集成电路中,这样与图形处理单元的时钟域不同。因此,这些EVE设备的扫描输出单元可以输出所需的像素时钟,以优化LCD面板的操作。因此可以支持高达96MHz的像素时钟。这意味着高达1.28Mpixels刷新频率可以达到60Hz(假设20%的消隐时间)。 

EVE line buffer架构针对拉伸或条形LCD显示器进行了高度优化,每行最大像素数高达2046像素。通过消除对帧缓冲区和大型闪存资源的需要,可以将总的BOM成本保持在相对较低的水平,因此它与强加在设计上的任何预算限制保持一致。由于EVE方法是基于对象的,而不是基于帧的,因此HMI的构建速度更快、更容易。启动时间同样更快(小于1s)。此外,BT817/BT818 EVE设备使用其水平扫描输出滤波器功能以支持非方形像素校正。

BT817/BT818支持的条形LCD分辨率示例包括1920 x 540/480/360、1440 x 540和1280 x 480/400/320。如果刷新率稍微降低(下降到50/55Hz左右)或消隐时间降低(大约13%),则1920 x 720分辨率也是可能的。根据应用要求,使用的显示方向可以是横向或纵向。

图2:1200 x 280像素分辨率的AV控制面板

尽管这些EVE设备可以显著简化HMI设计,但它们可能需要更多的工程工作。当设计在高分辨率显示器上具有相对复杂的图形结构时,建议优化设计,以避免出现潜在的欠载风险。以下是一些有助于微调的提示:

●将PCLK设置为显示面板允许的最低值,以便GPU每行有更多的处理时间。

●尽可能增加水平消隐时间,并将垂直消隐时间保持在显示面板允许的最小值。

●使用自适应Hsync功能将大有裨益。通过这一点,可以在显示器规格中列出的最大PCLK周期中定义自适应Hsync的最大水平消隐。

●始终目视检查图形失真,或使用中断标志检查图形欠载。如果出现欠载,导出行时间以检查哪个行/区域存在欠载,然后相应地优化显示列表-例如,使用实线替换虚线,或者使用图像而不是覆盖在同一区域中的多个窗口小部件。

●对Unicode字体使用RAM_G中的字体缓存。

●将ASTC图像加载到RAM_G并从RAM_G播放动画。

BT817支持电容式触摸操作,来自众多供应商的触摸控制器可以直接使用它(BT818适用于电阻式触摸HMI)。对于使用其他触摸控制器IC的CTP,工程师可以使用Bridgetek的EVE Asset Builder软件包提供的类C编译器构建定制的触摸固件,以便在运行时加载到BT817。或者,可以使用触摸主机模式,其中微控制器单元(MCU)从CTP读取触摸数据并写回BT817以进行TAG操作。

需要时,触摸校准通常会在预定义的屏幕位置执行3点触摸校准程序。一些条形液晶屏是从标准的液晶玻璃上切下来的。例如,从1280 x 800 LCD玻璃上切下1200 x 280 LCD。默认的校准程序在拉伸的LCD上不起作用。BT817能够利用校准功能,允许工程师定义3个校准点的位置。这使得基于窗口的校准成为可能,这非常适合于条形液晶显示器的实现。

总之,很明显,为条形显示器优化的图形控制器解决方案将是非常有利的。Bridgetek的EVE设备提供了这一点,其结果是,此类显示器上的HMI实现将更快地启动和响应,以及提供更好的图形性能。只要有SPI接口,BT817/8就可以与多种mcu一起工作。Bridgetek提供了支持工具链,以及示例应用程序和详细的工程说明,以帮助设计师快速启动和运行,并在应用程序的整个设计过程中为他们提供支持。

作者:David Wang,Bridgetek系统开发工程师

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