CN104503739A - 一种机载显示器图形生成装置及其生成方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种显示器图形生成装置，包括图形SOC处理器、集成于图形SOC处理器内部的指令数据处理单元、图形产生单元、图形处理显控单元、视频处理显示单元以及内存单元、程序存储器、第一帧存、第二帧存、第三帧存、第一视频解码芯片、第二视频解码芯片和第三视频解码芯片。另外提出一种基于虚拟帧存的双屏拼接图形同步生成方法，支持非标高分辨率图形同步生成和双屏同步生成，支持单屏显示及双屏显示画面灵活切换和多种图形分辨率示。本发明与现有技术相比，其具有图形生成和处理速度高、显示分辨率高、功能综合度高、系统集成度高、体积小、功耗低等特点，为大屏幕显示器图形字符产生和处理提供了低功耗、高性能的解决方案。

Description

一种机载显示器图形生成装置及其生成方法

技术领域

本发明属于机载座舱显示系统领域，尤其一种机载显示器图形生成装置及其方法。

背景技术

随着飞机对人机交互功效要求的不断提高，分离的小型显示器已无法显示大量复杂的信息，机载大屏幕显示技术研究渐成主流。机载座舱显示器图形生成装置由以DSP（Digital Signal Processing，数字信号处理器）+FPGA（Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列）架构为核心的生成技术逐渐向以GPU（Graphic Processing Unit，图图形处理单元）为核心的图形生成技术方向转变。随着大屏幕显示器的分辨率越来越高，基于CPU+GPU架构的图形产生系统功耗越来越大，体积也无法进一步的缩小，已经无法满足未来机载显示器发展的设计要求，需要一种新的图形生成装置来满足机载大屏幕显示器图形生成的需要。

本发明采用图形SOC系统处理器芯片，内部集成指令数据处理、图形产生、图形处理、视频处理等单元，搭建机载大屏幕显示器图形发生的硬件平台，不仅能够实现大屏幕、高分辨率的机载图形画面的实时显示，而且能够实现机载图形画面与外部输入的视频画面的混合显示，提供了一种图形生成和处理速度高、显示分辨率高、功能综合度高、系统集成度高、体积小、功耗低的机载大屏幕显示器双屏图形字符产生和处理解决方案。

发明内容

为克服当前大屏幕、高分辨率机载显示器因功耗大、成本高、体积大而无法满足低功耗、小体积、高性能应用场合的缺点，本发明提供机载大屏幕显示器图形同步生成装置及其生成方法。该方法采用虚拟帧存机制实现非标准高分辨率图形同步生成，所使用终端采用SOC系统级芯片包含指令数据处理、图形产生、图形处理、视频处理等单元的硬件架构，通过指令数据处单元理解析处理图形生成指令，并由图形产生单元实现机载大屏幕显示器图形的实时生成，在确保高性能的情况下，可以有效降低机载大屏幕显示器的功耗、体积和成本。

本发明实现上述第一个目的的技术解决方案是：一种机载显示器图形生成装置，其特征在于，包括图形SOC处理器、集成于图形SOC处理器内部的指令数据处理单元、集成于图形SOC处理器内部的图形产生单元、集成于图形SOC处理器内部的图形处理单元、集成于图形SOC处理器内部的视频处理显示单元、内存单元、程序存储器、第一帧存、第二帧存、第三帧存、第一视频解码芯片、第二视频解码芯片、第三视频解码芯片；

所述指令数据处理单元、图形产生单元、图形处理单元和视频处理显示单元集成于图形SOC芯片内部，通过图形SOC芯片内部AXI总线相连；所述程序存储器与AXI总线存储接口相连，上电后从程序存储器加载启动内核引导程序，引导系统内核启动并加载文件系统和图形生成程序；所述内存单元通过内部AXI总线与存储控制器相连作为系统内核、文件系统和图形生成程序运行时内存；所述第一帧存、第二帧存和第三帧存为内存单元中设置开辟的对应内存区域；

所述的指令数据处理单元解析图形生成程序并通过AXI总线交由图形生成单元执行生成图形数据；所述图形处理单元处理图形生成单元生成图形数据，并控制图形数据显示；所述视频处理单元实现外部视频输入采集，完成采集后交由图形处理单元实现与图形生成单元生成图形进行叠加；

所述第一帧存作为图形生成程序生成图形像素缓存；所述第二帧存和第三帧存作为第一显示设备和第二显示设备所对应物理帧存。

本发明实现上述第二个目的的技术解决方案是：一种机载显示器图形生成方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1：装置上电，执行系统初始化工作，初始化EGL作图框架并绑定OpenGLES作图API，完成各外设、全局变量初始化操作；

步骤2：编译生成Linux下虚拟framebuffer内核驱动，通过编译进入内核或内核模块加载方式嵌入到Linux系统内核中，注册生成虚拟framebuffer设备作为第一帧存，设置虚拟framebuffer设备的属性，至少包括分辨率、像素RGB格式；

步骤3：打开虚拟framebuffer设备获取其属性信息，并根据双屏图形分辨率与像素格式计算出双屏图形同步生成所需帧存大小，向系统申请相应内存大小作为虚拟framebuffer设备空间，并映射到进程地址空间中，将第一帧存与OpenGLES Window绑定作为；

步骤4：图形SOC指令数据处理单元执行基于OpenGLES标准的图形生成程序产生图形像素数据并缓存于第一帧存中；

步骤5：根据第一显示设备和第二显示设备显示分辨率与像素格式，设置第二帧存和第三帧存显示分辨率和像素格式；

步骤6：打开第二帧存获取属性信息，计算第二帧存所需内存大小，并向系统申请对应内存空间映射到进程地址空间中，将第二帧存绑定作为第一显示设备物理帧存映射；通过控制第二帧存控制第一显示设备显示；

步骤7：打开第三帧存获取属性信息，计算第三帧存所需内存大小，并向系统申请对应内存空间映射到进程地址空间中，将第三帧存绑定作为第二显示设备物理帧存映射；通过控制第三帧控制第二显示设备显示；

步骤8：拷贝第一帧存中图形像素数据上半部分至第二帧存，拷贝第一帧存中图形像素数据下半部分至第三帧存；

步骤9：执行显示命令，将第二帧存和第三帧存中图形数据渲染到第一显示设备和第二显示设备上显示。

应用本发明创新提出的生成装置及生成方法，结构简单，性能优越，无需专门的硬件图形卡，只使用单独一片SOC芯片即可，不仅能够实现大屏幕、高分辨率的机载图形画面的实时显示，可以满足显示分辨率不超过2560×1024的机载大屏幕显示器图形生成需求，而且能够实现机载图形画面与外部输入的视频画面的混合显示。本发明与现有技术相比，其具有图形生成和处理速度高、显示分辨率高、功能综合度高、系统集成度高、体积小、功耗低等特点，为大屏幕显示器图形字符产生和处理提供了低功耗、高性能的解决方案。

附图说明

图1是本发明一种机载显示器图形生成装置的结构框图。

图2是本发明一种机载显示器图形生成的方法流程图。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，本发明以图形SOC图形生成装置硬件核心，辅以内存单元、程序存储器、模数转换芯片和视频处理芯片实现图形产生、显示及视频与图形叠加。其中图形SOC内部包含的指令数据处理单元为ARM处理器，图形生成单元为GPU处理器，图形处理单元为IPU处理模块，视频处理单元为VPU处理模块通过AXI总线互联。AXI总线为ARM处理器内部互联标准总线协议，是一种高性能、高带宽、低延迟片内总线。

图形SOC选用美国Freesacale公司多媒体处理器i.MX6芯片，其中图形生成装置由i.MX6芯片内ARM处理器控制启动，并加载GPU处理器、IPU处理模块、VPU处理模块等驱动，执行解析图形生成程序通过AXI总线交由GPU处理器实现图形生成，ARM处理器控制IPU模块和VPU模块实现图形和视频处理显示和叠加操作。

程序存储器优选为Flash芯片，型号为SDIN5C2，用于存储i.MX6系统启动和图形生成程序。

第一帧存1、第二帧存2和第三帧存3优选为同步动态随机存储器（DDR3），用于系统程序和图形生成程序运行及图形像素点数据的存储。

第一视频解码芯片（以下简称视频解码芯片1）和第二视频解码芯片（以下简称视频解码芯片2）优选为TFP410，用于将IPU处理的视频信号转换为DVI信号输出至显示器显示。

第三视频解码芯片（以下简称视频解码芯片3）优选为TFP401，用于将外部DVI视频信号转换为RGB信号送入到i.MX6进行采集处理。

请参阅图2，使用本发明的一种机载显示器图形生成装置步骤如下：步骤201：装置上电，执行Linux系统初始化工作，完成i.MX6内各集成单元、外设、全局变量等初始化操作；处理完成后，执行步骤202。

步骤202：加载Linux下虚拟framebuffer内核驱动，注册生成虚拟framebuffer设备（fb5）作为第一帧存1，设置虚拟framebuffer设备的属性（分辨率、像素RGB格式等）；处理完成后，执行步骤203。

步骤203：初始化EGL作图框架，使能并绑定OpenGLES作图API，将作图窗口与fb5绑定；处理完成后，执行步骤204，步骤205，步骤206。

步骤204：根据双屏图形分辨率与像素格式计算出双屏图形同步生成所需帧存大小，向系统申请相应内存大小作为fb5空间；处理完成后，执行步骤207。

步骤205：根据第一显示设备图形分辨率与像素格式计算出所需帧存大小，向系统申请相应内存大小作为fb0空间；处理完成后，执行步骤208。

步骤206：根据第二设备图形分辨率与像素格式计算出所需帧存大小，向系统申请相应内存大小作为fb1空间；处理完成后，执行步骤209。

步骤207：打开fb5，并将所申请到的内存空间与fb5绑定映射到用户进程地址空间中；处理完成后，执行步骤210。

步骤208：打开fb0，并将所申请到的内存空间与fb0绑定映射到用户进程地址空间中；处理完成后，执行步骤211。

步骤207：打开fb1，并将所申请到的内存空间与fb1绑定映射到用户进程地址空间中；处理完成后，执行步骤212。

步骤210：执行图形生成程序，按照双屏图形设定的像素分辨率和格式产生图形像素点数据，缓存在fb5中；处理完成后，执行步骤213。

步骤211：将第一显示设备在系统中的标识符与fb0进行绑定，设置fb0为第一显示设备物理帧存抽象设备；处理完成后，执行步骤213。

步骤212：将第二显示设备在系统中的标识符与fb1进行绑定，设置fb1为第二显示设备物理帧存抽象设备；处理完成后，执行步骤213。

步骤213：判断双屏图形生成程序是否全部执行完成，并已存放于fb5中；若完成则执行步骤214，否则执行步骤210。

步骤214：拷贝fb5中图形像素数据上半部分至fb0，拷贝fb5中图形像素数据下半部分至第fb1；处理完成后，执行步骤215。

步骤215：判断拷贝fb5中双屏图形像素点数据至fb0和fb1是否操作完成；若完成则执行步骤216，否则执行步骤214。

步骤216：执行渲染显示命令，将第fb0和fb1中图形数据渲染到第一显示设备和第二显示设备上显示。

需要指出的是，本发明还可以进行进一步的改进：所述的图形SOC还可以为TI、三星等公司多媒体处理器，或者采用其他包含的ARM和GPU处理器的SOC芯片。

所述的视频解码芯片还可以是美国ADI公司或TI公司的其他型号的芯片，也可以是其他具有类似功能的芯片。

所述的程序存储器不仅限于Flash存储器，还可以是EEPROM、SD卡、NVRAM等各种掉电可存储芯片。

所述机载显示器图形不限于双屏图形，还可以生成单屏或三屏图形。

所述机载显示器图形不限于二维图形，还可以生成三维图形。

本发明采用图形SOC作为核心图形生成处理器，取消了机载显示器图形生成装置常用的CPU芯片及关联外围电路，可以有效降低机载显示器的图形生成装置硬件平台的功耗和体积，其最大可以满足显示分辨率不超过2560×1024的机载大屏幕显示器图形生成显示需求，在保证显示效果的前提下，生成速度可达每秒28帧，完全能够满足机载显示器实时性的要求。

以上所述仅为本发明的较佳实时例，并不用以限制本发明。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，凡是在本发明原理上所作的任何修改、替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种机载显示器图形生成装置，其特征在于，包括图形SOC处理器、集成于图形SOC处理器内部的指令数据处理单元、集成于图形SOC处理器内部的图形产生单元、集成于图形SOC处理器内部的图形处理单元、集成于图形SOC处理器内部的视频处理显示单元、内存单元、程序存储器、第一帧存、第二帧存、第三帧存、第一视频解码芯片、第二视频解码芯片、第三视频解码芯片；

所述指令数据处理单元、图形产生单元、图形处理单元和视频处理显示单元集成于图形SOC芯片内部，通过图形SOC芯片内部AXI总线相连；所述程序存储器与AXI总线存储接口相连，上电后从程序存储器加载启动内核引导程序，引导系统内核启动并加载文件系统和图形生成程序；所述内存单元通过内部AXI总线与存储控制器相连作为系统内核、文件系统和图形生成程序运行时内存；所述第一帧存、第二帧存和第三帧存为内存单元中设置开辟的对应内存区域；

所述的指令数据处理单元解析图形生成程序并通过AXI总线交由图形生成单元执行生成图形数据；所述图形处理单元处理图形生成单元生成图形数据，并控制图形数据显示；所述视频处理单元实现外部视频输入采集，完成采集后交由图形处理单元实现与图形生成单元生成图形进行叠加；

所述第一帧存作为图形生成程序生成图形像素缓存；所述第二帧存和第三帧存作为第一显示设备和第二显示设备所对应物理帧存。

2.一种机载显示器图形生成方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1：装置上电，执行系统初始化工作，初始化EGL作图框架并绑定OpenGLES作图API，完成各外设、全局变量初始化操作；

步骤2：编译生成Linux下虚拟framebuffer内核驱动，通过编译进入内核或内核模块加载方式嵌入到Linux系统内核中，注册生成虚拟framebuffer设备作为第一帧存，设置虚拟framebuffer设备的属性，至少包括分辨率、像素RGB格式；

步骤3：打开虚拟framebuffer设备获取其属性信息，并根据双屏图形分辨率与像素格式计算出双屏图形同步生成所需帧存大小，向系统申请相应内存大小作为虚拟framebuffer设备空间，并映射到进程地址空间中，将第一帧存与OpenGLES Window绑定作为；

步骤4：图形SOC指令数据处理单元执行基于OpenGLES标准的图形生成程序产生图形像素数据并缓存于第一帧存中；

步骤5：根据第一显示设备和第二显示设备显示分辨率与像素格式，设置第二帧存和第三帧存显示分辨率和像素格式；

步骤6：打开第二帧存获取属性信息，计算第二帧存所需内存大小，并向系统申请对应内存空间映射到进程地址空间中，将第二帧存绑定作为第一显示设备物理帧存映射；通过控制第二帧存控制第一显示设备显示；

步骤7：打开第三帧存获取属性信息，计算第三帧存所需内存大小，并向系统申请对应内存空间映射到进程地址空间中，将第三帧存绑定作为第二显示设备物理帧存映射；通过控制第三帧控制第二显示设备显示；

步骤8：拷贝第一帧存中图形像素数据上半部分至第二帧存，拷贝第一帧存中图形像素数据下半部分至第三帧存；

步骤9：执行显示命令，将第二帧存和第三帧存中图形数据渲染到第一显示设备和第二显示设备上显示。