智能座舱高通平台Display架构 - 基础篇

 

一、概述

随着智能座舱的市场需求变化以及技术发展，座舱需要支持的屏幕会越来越多，分辨率和尺寸也会越来越大。这已经是不可逆转的趋势。传统的座舱一块显示屏就需要一块主芯片支持，这在功能和成本上都不是很好的做法。一芯多屏就是基于传统座舱的缺陷提出的新型架构和方案，并且越来越广泛的在智能座舱中得到体现和发展。本文将主要讲述智能座舱中显示子系统的硬件相关技术。

如下述所示，智能座舱内部所需要支持的显示屏包含但不限于：

• 中控娱乐屏ICS(Instrument Central Screen)
• 仪表盘显示屏IC(Instrument Cluster)
• 副驾信息娱乐屏(Passenger Infotainment Screen)
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二、智能座舱显示架构

车载系统支持一芯多屏，这是智能座舱发展的必然趋势。使用一颗CDC座舱芯片满足上述显示屏的显示要求，既能有效管理和维护，又可以节省成本和功耗，一举两得。目前很多芯片公司已经实现智能座舱芯片的量产，其中的一个亮点就是支持一芯多屏的需求。

一种符合智能座舱CDC一芯多屏需求的车载显示屏的基本架构如下图所示：

根据上图所示，可以看到，智能座舱CDC的显示子系统包括如下技术：

三、显示屏原理

本节将简要介绍显示屏的基本原理。

显示屏控制系统主要包含2大类芯片，一个是负责驱动显示屏，实现行列显示的驱动芯片，称为DriverIC，另一个是负责控制DriverIC的任务分发和控制芯片，称为TCON(时序控制)。

显示驱动芯片DriverIC，是显示屏成像系统的重要组成部分，其主要工作是驱动显示屏的像素点实现点亮或者关闭，并控制光线强度和色彩等。

显示驱动芯片分为源驱动器（Source Driver）和门驱动器（Gate Driver）。Gate Driver：连接至晶体管Gate端，负责每一行晶体管的开关，扫描时一次打开一整行的晶体管；所以也称为Row drivers。Source Driver：连接到晶体管的source端。当一行晶体管被Gate driver打开(ON)时，Source Driver IC才能够将控制亮度、灰阶、色彩的控制电压加载到这一行的每个像素点上，因此，Source Driver也称为Column Driver。

DriverIC在显示屏中的结构可以参见下图所示：

时序控制芯片TCON(Timing Controller) 是显示屏模组的主控芯片。它主要负责分析从CDC SOC传来的信号，并拆解、转化为Driver IC可以理解的信号，再分配给Source/Gate driver去执行。

下图是一个典型的eDP TCON接口系统。SOC通过eDP通道，将显示数据传送到eDP TCON芯片中。

TCON有2个主要功能：

1. 接收来自SOC的eDP信号；
2. 产生行(送给row drivers)和列(送给column drivers) 显示信号，并按规定好的时序发送到Row/Column Driver IC上；

在T-CON与Gate/Source之间的信号传输以前是以LVDS为主，现在比较流行的则是LVDS的升级版，主要是mini-LVDS（by德州仪器）和RSDS（ReducedSwing Differential Signaling by国家半导体）。这两种规格现在也渐渐落后了，取而代之的是Advanced PPmL(Point to Point mini LVDS)以及V-by-One HS的配套标准CalDriCon。所以在T-CON处需要有一个输出mini-LVDS/RSDS/CalDriCon/Advanced PPmL信号的Transmitter，而在Source/Gate IC那里则需要有相应的Receiver。

当收到信号后，Row Drivers逐行打开晶体管；而Column Drivers则将不同级别的电压加在这一行的每一列像素点上，从而实现像素点的色彩，亮度区别。

TCON芯片实现的难点在于，根据显示屏分辨率和刷新率的不同，需要产生满足时序的行列信号，给到Source/Gate Drivers。分辨率越大，需要显示的像素点就越多；刷新率越高，则要求TCON产生刷新数据的时序越快。并且对Gate/Source Drivers和LCD像素点改变状态的延时要求也越高。 当分辨率和刷新率两个结合起来时，要求TCON处理的数据量越来越多，所产生的行列时序信号也就要求越高。

下图是一个eDP接口的LCD显示系统示意图。可以看到来自GPU的显示数据，通过eDP接口传输到LCD屏上的TCON芯片中(如果距离过长需要增加SerDes通道)。eDP ML Receiver将eDP数据送给Pixel Formater模块，产生行(Gate)和列(Source)显示信号。Row / Column Drivers 接收来自LCD Interface的信号(mini-LVDS/RSDS/CalDriCon/Advanced PPmL)，并实现LCD屏的显示刷新。

在高清电视或者车载显示屏方案中，每块屏幕都需要一颗TCON芯片。如果屏幕尺寸扩大，则Driver IC的需求数量大幅增加。如下图，分别需要12颗Source Driver和8颗Gate Driver，另外还需要两颗PMU（电源管理芯片）及3颗Vcom（电压校准芯片）

上面说的都是显示器的情况，手机则稍微有点不同。手机因为各种芯片的功能更加集中，CPU/GPU等相当于电脑主机的芯片都集中在了应用处理器AP(ApplicationProcessor)，而DDIC（Display Driver IC）也是一个芯片集合了所有的功能。所以信息从AP出来以后以后会直接通过MIPI DSI接口进入DDIC，而DDIC直接就可以控制TFT了，不需要那么多的接口。

以上内容，介绍了显示屏的主要原理，那么接下来就要了解AP与显示屏之间有哪些接口技术。

四、显示接口溯源

如果需要将显示数据从SOC主芯片传送到显示屏并完成显示，需要2大类显示接口技术。一种是从CDC SOC到TCON的显示接口，另外一大类则是从TCON到Gates/Sources 。后者主要在显示屏内部，由显示屏厂商实现。前者则需要考虑得更多，因为需要兼容不同的SOC，它们对显示接口技术的选择，影响了TCON的输入标准。

虽然本文主要讨论的是车载显示接口，但这些显示接口技术的历史来源主要是基于2大应用场景：电视机或者个人计算机。因此，我们将首先回顾一下数字视频接口技术的发展，与车载环境相关性不大的将会被省略。