高端圖形顯示控制器(GDC)以令消費者眩目的動態圖形幫助定義了產品的風格和價值。而普通GDC則以簡單明了的方式顯示信息，采用有效且具成本效益的方式為用戶提供他們想看的內容。從3D渲染到圖像變形，今天的GDC功能對各種創新應用已不可或缺。

　　無論功能是簡單還是復雜，都值得認真對待圖形處理，它也會以高度直白的方式對好的設計予以回報。基本的QVGA顯示IC帶預儲制的圖形并可能包括視頻輸入;最高端的GDC則提供SXGA或更高的顯示分辨率，具有動態三維圖形功能和多個輸入;中端GDC則支持WVGA顯示(主要是二維動態圖形，也可能具有一些3D功能)和視頻輸入。

　　一些應用對成本高度敏感，例如汽車工業，對這些應用來說，最低的材料成本是首要考慮之一。從基礎到中端應用，設計人員可以采用圖形控制器SoC這種單芯片方案來滿足成本要求。這些GDC可通過CAN總線與其它汽車系統通信，并可進入電源關斷模式以節省電池電量。

　　但內部顯存(VRAM)容量以及諸如總線速度等瓶頸限制了圖形功能的水平，并制約了靈活性、像素填充率和最大顯示器尺寸。如果性能比成本重要，那么基于多芯片架構的更高端的SoC是上佳選擇。這些GDC依靠外部的車用MCU處理CAN通信、電源管理和步進電機控制器等外設。它們沒有內置VRAM和閃存程序存儲器，但使用高速VRAM接口支持高性能。

　　一些應用領域(尤其是汽車)必須要保持與智能手機中常見的高端圖形的同步。設計者必須要確保GDC可以生成流暢、清晰的圖像，系統要能迅速響應用戶輸入。因此，GDC不能成為系統的短板，阻礙向最終用戶提供他們所期望的用戶體驗。

　　對于基本和中端應用來說，一款真正的單芯片SoC方案可能是合適的。但對高端應用，這種器件可能仍無法提供足夠性能，這時就需采用一種具有外部VRAM和閃存的更高端的(多芯片架構)SoC方案。

　　如果產品的顯示系統支持24位RGB輸入，則一款帶24位RGB輸出的GDC就有助于避免邊帶效應(banding effect)(同一顏色色調間的突然變化)。使用24位色彩，確保圖形看起來流暢;否則，就可能需要GDC具有抖動功能以中和邊帶效應。抖動可向幀緩沖區添加隨機噪聲，以規避有限的顏色深度導致邊帶效應。

　　盡管流暢、華麗的圖形總具有吸引力，但在諸如工業電子設備等應用中，堅固耐用和易用性是設計的首要考量，此時，基本的圖形功能就可滿足要求。低端GDC可為多種用途提供優良的性能表現，且不會增加成本。

　　圖形內容：靜態還是動態?

　　GDC的選用還取決于圖形內容的性質。如果內容是靜態且可預先確定的，選用諸如“精靈引擎”那種低成本GDC可能就夠了。預儲制的圖形位圖可存儲在這種精靈GDC的外部閃存內。這種GDC可非常好地處理不同的色彩格式(那些使用顏色查找表或在幀緩沖區內具有實際像素值的格式)，還可以處理透明感和α混合。采用諸如RLD(運行長度解碼器)等低開銷的壓縮方案，可顯著降低對預儲制圖形的存儲需求，從而降低了成本。

　　其它應用可能需要實時生成的動態圖形內容，如地圖或隨機動畫。這些應用需要GDC具有根據紋理貼圖呈現二維或三維模型的全功能流水線功能。使用諸如硬件照明和霧化等功能也會使應用更完滿。對于更復雜的任務，帶著色器的圖形引擎可提供更大靈活性。

　　使用靈活的顯示控制器能夠簡化圖形實現，并可呈現更美觀的圖形。具體來說，靈活的分層方案以及對多層次的支持和α平面及多種顏色深度，可極大簡化圖形開發過程。

　　然后是對二維和三維圖形的選擇。使用三維圖形會影響對GDC所需性能和功能的要求。例如，3D應用要求比2D應用更高的頂點處理速率;另外，3D圖形還要求對紋理貼圖的角度校正和“Mip映射”等功能。Mipmap是對主紋理貼圖進行優化并重新調整了大小的版本，它與主紋理貼圖存儲在一起。由于這種功能可避免調整主紋理貼圖的大小，從而有助于提高性能。

　　只是為三維圖形添加Z坐標就能大幅提高對處理的要求。二維圖形渲染很簡單，如果內容是靜態的，它還可以預儲制，如前所討論的。但在動態2D或3D內容情況下，則需要一個具有完整流水線的圖形引擎。

　　分辨率要求

　　因為體積更大、分辨率更高的顯示器要處理更多的像素，所以使用更大顯示器的應用需要速度更快、功能更強大的GDC。在航空電子和醫療應用中，通常情況是：低端應用一般需640x480像素的顯示器;高端則可能需要超過1,280x1,024像素的顯示器。在汽車市場，低端儀表盤和中控臺屏幕的顯示器分辨率通常為480x272像素;中端是800x480像素;高端為1,280x480像素或更高。

　　無論是提高一臺顯示器的分辨率還是添加多個顯示器，都倍增了所涉及的像素數量，從而增加了對GDC處理能力的要求，這需要使用多個GDC。一些GDC帶有的顯示控制器可通過一個控制器控制多個顯示器，這會使視頻輸出信息倍增，此時，所需用的顯示或像素時鐘頻率是單一顯示器時的兩倍。兩個顯示器必須具有相同的時序特性和顯示分辨率。對具有相同分辨率的雙顯示汽車儀表盤來說，此類GDC是個不錯的選擇。

　　另一方面，一些GDC集成了多個顯示控制器，可驅動具有不同時序和分辨率的多個顯示器。此類控制器的成本低于兩個獨立GDC成本之和，且還簡化了設計。一個典型例子是汽車抬頭顯示器(HUD)，HUD的分辨率比位于儀表盤區域的主顯示器低。另一個汽車應用是使用單一GDC同時控制儀表盤和中控顯示器。

　　GDC對于顯示來自數碼相機或其它視頻源的視頻輸入提供了一系列功能。有些GDC集成了支持模擬NTSC/PAL視頻輸入所需的模擬電路系統，這些控制器還可用于基礎級視頻采集應用。其它的GDC工作于數字YUV/RGB視頻制式或需要模擬轉換器。

　　需要多個視頻捕獲的應用可以借助于集成了多個視頻采集單元的更高端GDC的優勢。而顯示控制器也必須更強大，以處理多個輸入、并將視頻流覆蓋到圖形的其余部分。

　　特殊要求

　　諸如圖像校正和增強等特殊要求也是選擇GDC時的考慮因素。相機固有的魚眼失真會造成圖像的變形。如果相機沒有內置針對此問題的糾正功能(通常都沒有)，則GDC需要通過采用圖像變形過程來糾正失真。該過程將視頻輸入映射到一個為取消魚眼失真特意表征的三維表面。該表面由一個包含一組(X，Y，Z)點的網格生成，如圖2所示。

　　圖2：借助圖像變形，GDC可調整視頻、消除魚眼失真以提供更好的觀看體驗。原始相機圖片通過將YUV相機圖片轉換為RGB格式，可將圖片作為紋理數據加以控制。

　　此特性的另一個應用是汽車抬頭顯示器。由于圖像投射在擋風玻璃上，所以需要一個類似魚眼矯正的過程，根據擋風玻璃的曲率調適圖形。圖像變形要求GDC具有3D能力。如果GDC可以加大或縮小視頻圖像的分辨率，那也是有用的。

　　對汽車來說，一個將變得重要的應用是：在車輛的周沿使用多個攝像機，并將這些攝像機的圖像整合成單一圖像。該應用需要處理高清視頻的能力，以及將圖像拼合在一起的特殊圖像處理功能。

　　理想的解決方案是：GDC具有多路視頻輸入和高速圖像處理能力，從而無需外接FPGA來實現這些功能。在GDC內包含3D渲染能力就允許將這些拼接的圖像映射到一個碗狀表面，從而能全方位顯示車輛周圍的一個真實、無失真、360度的全景視圖。

　　圖像增強和目標檢測功能可以幫助司機避免事故的發生。要實現這樣的功能，需要GDC具有特殊的圖像處理模塊。有一些地區強制要求諸如簽名單元等安全功能，以確保圖形內容顯示在顯示面板上正確位置。內置這種功能，將節省成本并減少CPU的負擔。傳統軟/硬件支持和獨立的GDC要求

　　有些應用必須復用以往設計中的CPU以支持傳統需求，所以不能徹底從頭開始設計。這些應用往往能很好地使用不具有內置CPU的獨立GDC，并且可以通過內存、PCI或PCI Express總線與傳統CPU通信。這種方法以多種不同的性能水平和功能集支持一個可擴展的設計。

　　有些應用需要顯示器處于遠離GDC的位置。在這種場合，需要諸如APIX這樣的高速串行總線，以將視頻傳送到顯示器。這種配置允許使用客戶機/服務器架構，其中，GDC作為服務器，顯示器是客戶端。獨立開發客戶端和服務器系統，有助于減少服務器端的軟件和質量驗證成本，因為可針對一塊印刷電路板進行調適以用于整個產品線。如果高速串行輸出功能集成在GDC內，則這種實現就非常高效。

　　富士通提供了一個覆蓋從基本到高端應用的豐富的GDC產品線。在每個檔次，富士通都提供了一款整合了CPU、GDC和外設的SoC。在那些不是完全重新搭建系統的場合，以及系統內有若干組件需要保留的情況下，這些獨立GDC是可行的選擇。

　　今天，GDC的性能范圍使得器件選擇成為應用開發的關鍵一步。由于廠商已經開發出滿足各種應用領域定制的GDC，因而這一選擇過程變得容易。不同的GDC具有豐富的功能，并經過了行業驗證、有競爭力且具成本效益。

　　圖1：平衡成本和性能的基本GDC選擇。

　　圖3：APIX高速串行總線將視頻傳送到顯示器。

　　圖4：富士通GDC產品線覆蓋從基本到高端應用。