提升汽车仪表图像的芯片方案 — 东芝TMPR46X（Capricorn-Bt）功能剖析

摘要：本文简要介绍了汽车仪表显示的发展趋势，并对东芝TMPR46X(Capricorn-Bt)的功能进行了剖析。

引言

近年来，越来越多的半导体厂商将汽车作为一个重要应用出口，加以重视，而且，随着苹果、谷歌等加入汽车生态系统，未来汽车电子应用会呈现爆发式增长。车载仪表显示作为汽车电子非常重要的应用，也是很多汽车厂商打造差异化的关注点。

1 车用显示控制IC的发展方向

不少半导体厂商都已经推出了汽车显示控制IC，力图打造更多功能给驾乘者带来更好的用户体验。东芝从2002年就已经开始推出用于汽车仪表显示的控制IC，从第一代的TX3916AF、TX4961XBG(Capricorn-M)到TMPR460/461/462/463XBG(Capricorn-Bt)，再到现在正在研发中的TZ系列，显示维度也开始由2D向3D过渡。东芝的汽车显示控制器设计用于提供显示仪表盘应用，这些控制器在一个单一的芯片上集成了CPU、图形引擎、和各种接口，而且东芝也开发了具有步进马达控制器(可控制模拟仪表)的汽车显示控制器。

2 TMPR46X(Capricorn-Bt)的优势

Capricorn-Bt系列是东芝目前比较成熟的解决方案，可以减轻车厂日益严重的成本压力，并满足未来新能源汽车的需求。此系列产品采用ARM Cortex-R4内核，主频达到300MHz，具有定时和存储数据保护功能，内置高性能安全编码译码功能，3路CAN接口，2路UART接口，2路SPI接口，支持5路步进电机控制，2个独立图像输出控制器，时钟全自动校准，2D图像加速器(可以做到2.5D的效果)。而TMPR461(Capricorn-Bt1)拥有外置的Flash，TMPR462/3/4(Capricorn-Bt2/3/4)拥有内置的4M、8M、16M Flash。

2.1 屏幕分辨率

现在市场上的全虚拟仪表的屏幕分辨率一般是1280×480或者是1440×560，而TMPR46X(Capricorn-Bt)系列的屏幕分辨率可以达到4095×2047，由于它的分辨率比较高，虚拟表都能支持、覆盖。而且在成本方面，相对来说也是比较低的。也就是说，如果有不同尺寸的屏幕需求，客户不需要在IC上做任何改变，只需要换上相应屏就可以，支持的屏幕尺寸可以从5寸到12.3寸，甚至是15寸也可以。这样就相当于在一个通用的平台上设计很多产品，从而可以在很大程度上降低研发成本，节约开发时间。

2.2 图像引擎

Capricorn-Bt系列还可以支持内置和外置的SDRAM和LPDDR，Flash。该图像引擎里包含贴图引擎、画图引擎、旋转引擎、变形引擎。其中，市场上比较常见的是贴图引擎和画图引擎，这类引擎同行都有。但是在画图引擎方面，Capricorn-Bt有独特的亮点，东芝将其精确到了1/16的像素，而其他厂商是以一个像素为最小单元。这样采用Capricorn-Bt就能够使图像显示更加细腻，大大减小锯齿感。

2.3 虚拟仪表

现在仪表显示越来越多的会用到虚拟仪表，在设计虚拟仪表的时候会牵涉到指针的旋转问题，Capricorn-Bt具有抗锯齿功能，这样指针走动起来就会比较平滑，其最低的旋转角度是0.1度，而且还具有高精度的过滤功能。而且更为重要的是程序员的要求比较低，编程人员只需要给定一个背景和一个前景的需要旋转的图片，然后通过自己编写的程序来指定旋转引擎的旋转角度和贴图的X、Y位置，Capricorn-Bt的旋转引擎就能自动完成旋转动作。

2.4 变形引擎

还有一个重要应用就是变形引擎，可以对后视镜和前视镜的校正。一般后视镜都是鱼眼镜头，成像之后它是一个扭曲的图像，如果想让它显示平直就需要用到变形引擎功能了。图像通过TMPR46X的变形引擎，能够将扭曲的图像变成一个平直的图像或将一个平直的图像变成扭曲的图像，它的特点在于变形是实时的，不需要MCU运算，由硬件来完成。这样可以降低开发难度。

Capricorn-Bt变形引擎(如图2)的灵活性非常高，可以任意地变形，都是由硬件完成，而且具有颜色校正功能，比如对亮度、色度、对比度进行提升，可以对整个颜色的通道进行替换。

2.5 视频智能捕捉

关于视频智能捕捉功能，camera(摄像头)输入的图像是数字格式，Capricorn-Bt的特点是最高可支持图像的分辨率为2048×1024，存储的RAM是1024×512。对于视频的捕捉，可以从视频捕捉的图像中直接截取其中的一部分，然后进行放大或者缩小，这个过程不需要软件来参与，也是由硬件来完成。

2.6 多码流同时解码

Capricorn-Bt还支持多码流同时解码，支持两个解码器，其中一个叫PNG解码器，PNG解码对压缩图像非常有优势，一个WVGA的图像没有压缩时，可能达到1.5M，如果经过PNG压缩以后，可以压缩80%的容量。这样可以节省RAM和FLASH的空间，进而可以降低成本。另一个叫RLE压缩方式，RLE是无损压缩，能达到很大的压缩比例，对节约FLASH成本也极具优势。

2.7 失真协调

现在，为了节约开发成本，加快产品上市时间，很多的产品都会打造一个开发平台，而且平台型开发就意味着工程师所有的产品都是以最高的标准来进行设计。但是，如果工程师要做一些低端产品，就可能需要用到666屏或565屏，此时，由于图像的低位缺失，会造成失真现象(图3左侧图片显示)，东芝的车载仪表控制平台的dither插件可以进行失真协调(图3右侧图片显示)，保证在平台上开发的产品在高中低端领域均会有出色的显示效果。

3 市场

目前，东芝半导体的Capricorn-Bt系列车载仪表控制芯片在全球范围内的销售已经超过了1千万片，其中40%来自欧洲市场，包括宝马5、6、7系产品都在使用。