Digitale Kombiinstrumente im Automobil schneller entwickelt

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Hochleistungs-Grafikbeschleunigung dank GPU-3D-Kern

Die NXP-Bausteine der Serie i.MX6 sind mit eigenen GPUs zur Beschleunigung von 2D- und 3D-Grafiken ausgerüstet. Zum Beispiel bietet der integrierte GPU-3D-Kern eine komplette Hochleistungs-Grafikverarbeitungspipeline, die das Shading, Texturieren und Rendern von 3D-Grafiken beschleunigt und sich für eine wachsende Anzahl von Verbraucheranwendungen eignet – zum Beispiel für Kombiinstrumenten- und Head-Up-Displays im Automobilbau (Bild 3, siehe Bildergalerie).

Bildergalerie

Verschiedene Bausteine der Serie i.MX6 bieten verschiedene Abstufungen bei der Bit-Tiefe in der Grafikpipeline und ermöglichen die Skalierung auf eine geringere Leistung bei preiswerteren Geräten.

Der i.MX6DualPlus und der i.MX6QuadPlus am oberen Ende der Produktfamilie bieten 2DBLT, acht übereinander liegende Schichten und vier Shader bei 720 MHz sowie eine eingebettete Prefetch- und Resolve-Engine. Der günstigere i.MX6Solo unterstützt dagegen 2DBLT mit einem einzigen Shader bei 528 MHz.

Unabhängig vom zugrunde liegenden Prozessor können Entwickler die Vorteile der beschleunigten bildgebenden Ressourcen über eine Reihe von Industriestandard-Grafik-APIs einschließlich OpenGL für Embedded-Systeme (OpenGL ES) nutzen.

Damit lassen sich auch die Vorteile der i.MX6-GPUs bei der Beschleunigung von 3D-Grafiken nutzen. Ebenso ist die im i.MX6 integrierte R2D-GPU auch dafür ausgelegt, OpenVG-2D-Vektorgrafiken für grafische Benutzeroberflächen (GUI) und Menü-Displays zu beschleunigen.

Designumgebungen wie die von NXP oder von anderen Anbietern nutzen diese APIs, um die Softwareentwicklung für Kombiinstrumente zu vereinfachen. Für Entwickler stehen Softwarebibliotheken und Quelltext zur Verfügung, der alle Vorteile von Hardware-beschleunigten Grafiken nutzt und für Softwareentwickler sehr transparent darstellt. Zum Beispiel enthält das GPU-Software-Entwicklungskit (SDK) der Serie i.MX6 Arbeitsmuster und Tutorials von einfachen OpenGL-ES-2.0-Anwendungen.

Abgesehen von speziellem Grafikcode bieten Pakete von Drittanbietern, wie zum Beispiel die „Green Hills Platform for Instrument Clusters“, umfassende Softwarelösungen an, die auf einer skalierbaren Reihe von Echtzeitbetriebssystemen (RTOS) aufgebaut sind. Diese Lösungen erfüllen die strengen Anforderungen an geringe Latenz und hohe Leistung, die Digital-Display-Anwendungen in der Automobiltechnik fordern.

Komplexe Leistungsanforderungen der Automobil-SoCs

Hoch integrierte Bausteine wie die Automobil-SoCs der Serie i.MX6 helfen Entwicklern, die vielfältigen Anforderungen für skalierbare Kombiinstrumenten-Designs zu erfüllen.

Wenn ein einziger Baustein so viele Funktionen vereint, sind die Leistungsanforderungen unter Umständen sehr hoch. Darüber hinaus wird mit der Unterstützung zahlreicher Peripherie- und Schnittstellenkomponenten in solchen Designs ein vernünftiges Energiemanagement immer schwieriger.

In einem Grafiksystem für Armaturenbretter müssen Entwickler möglicherweise einen leistungsstarken i.MX6Dual- oder i.MX6Quad-Prozessor mit mehreren Schnittstellen und Subsystemen kombinieren.

Dazu gehören Speicher, Wireless-Konnektivität, Bluetooth, GPS, Audio-Verstärker, verschiedene Sensoren, Kameraeingänge und mehrere Kommunikationsschnittstellen wie USB, HDMI, SATA, LVDS und mPCIe.

Jede Schaltung innerhalb des SoC, jedes unterstützende Modul und jeder Peripheriebaustein innerhalb des SoC-basierten Systems benötigt natürlich Energie mit einem bestimmten Spannungs- und Strompegel.

Darüber hinaus müssen alle Stromschienen in diesem komplexen System in einer bestimmten Reihenfolge mit Strom versorgt werden, um das ordnungsgemäße Hochfahren des Systems und die Aktivierung von Schaltungen und Modulen zum richtigen Zeitpunkt zu gewährleisten. Für die Reihenfolge beim Abschalten gilt genau dasselbe.

Jede Abweichung von der richtigen Einschalt- oder Abschaltsequenz könnte zu einer übermäßigen Stromzufuhr führen – möglicherweise mit irreversiblen Schäden an den Prozessorkernen des SoC, an anderen integrierten Modulen des SoCs oder anderen Komponenten im System. Dies bedeutet, dass alle Bausteine und Stromschienen bei der Initialisierung und während des normalen Betriebs auf Fehler überwacht werden müssen.

Besonders in der Automobilindustrie können Spannungsstörungen durch falsche Initialisierungen oder unerwartete Stromausfälle schnell zu Vertrauensverlusten beim Kunden in das Produkt oder sogar zu Rückrufaktionen bei den Fahrzeugen führen.

Für diese komplexen SoC-basierten Systeme ist ein Leistungsmanagement auf Basis der konventionellen diskreten Leistungsbausteine möglicherweise zu riskant.

In der Regel erfordert auch ein einzelner, diskreter DC/DC-Schaltregler viele diskrete passive Vorrichtungen für die Programmierung verschiedener Parameter wie Spannungsausgang, Sanftanlauf, Frequenz, Eingabe/Ausgabe-Filterung, Sequenzverzögerungen, Regelkompensation, Synchronisation und vieles mehr.

Selbst ein einfacher Low-Dropout- (LDO-) Regler erfordert mehrere Komponenten für die Programmierung von Ein-/Ausgang, Sanftanlauf und Anlaufverzögerung.

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