選擇合宜的嵌入式系統圖形處理應用方案
- 黃柏凱
隨著Android Phone、Pad產品對於影音效果的支援應用漸增,硬體開發商無不想方設法來提升嵌入式系統硬體方面的繪圖效能,而因應行動裝置需求設計的整合型通用處理器,也從善如流將原有在大型系統應用的GDC繪圖控制器一一納入整合之列,如3D加速、Flash播放加速甚至耗用系統資源甚多的1080p影音硬體解碼,都可因整合處理器的升級獲得效能挹注...
以往嵌入式應用的系統設計,根本不用考量系統的顯示與呈現問題,因為嵌入式系統多用於機電控制、資訊家電的控制處理等產品,嵌入式系統可能根本不需要處理顯示問題,或者僅需呈現系統的運行狀態燈號,因此,早期的嵌入式系統硬體多不重視顯示相關的應用需求。
對於如數位機上盒的顯示應用,這類嵌入式系統應用大多採行運算核心整合顯示輸出核心,或是採取外部晶片整合的方式進行開發,但隨著如Smart TV、Android Phone/Pad的應用需求漸增,嵌入式整合晶片所內建的顯示功能(Graphics Display Controller;GDC)已不再僅處理簡單的顯示呈現,而必須追加1080p視訊解碼、Flash呈現加速等附加功能支援,對行動裝置或是高度顯示效果的嵌入式應用產品(STB、數位看板)等應用,提供最佳的顯示運算環境。
因應設計需求 選擇合適的GDC方案
對嵌入式系統而言,畢竟不是所有的嵌入式應用都必須搭配高效能的顯示處理,對於開發者來說,必須視開發應用的系統需求,來挑選合適的顯示技術支援,例如,若要找尋可支援電玩、高效顯示的嵌入式應用場合,如Kiosk、電玩機台、視訊電話等嵌入式應用,較建議選用在GDC表現效能與相關多媒體加值功能表現較佳的解決方案。
面對應用較普通、對顯示效果要求不高的嵌入式應用,若找來具極高繪圖效能的嵌入式整合晶片,只是徒然增加硬體平台的料件成本,對於產品的應用效益不大,但無論是嵌入式系統對於顯示支援的要求差異,只要系統需要顯示設計,在規劃嵌入式系統時就必須納入應用方案考量。
目前一般水準的GDC大多能因應VGA(640x480)、WVGA(480x800),甚至是XGA(1,024x768)水準的畫面處理與加速,部分繪圖功能單元,還可提供如視訊輸入、3D Real-Time rendering等應用加速功能,甚至可搭配XGA以上、甚至1080p視訊輸出呈現,不過對視訊處理的要求越高,自然在整合後的元件單價也會相對反應於料件成本上,對於滿足開發專案的需求,開發者仍須考量實際系統的整合效益而定。
低階GDC整合 適用於低成本嵌入式應用環境
尤其是對於部分對料件或開發成本較敏感的嵌入式應用,例如汽車電子、工業應用等,選擇最低成本的料件,以基礎或是中階解決方案來架構應用需求,一直是最佳的開發方案,而開發團隊也可應用SoC單晶片解決方案,來進一步減省料件數量,甚至壓低元件成本。
以往採SoC形式提供的GDC方案,大多僅支援中?低階視圖運算為主,但此種產業現況已經逐步被幾家晶片業者打破,尤其是在智慧型手機的全球熱潮下,為滿足智慧型手機的輕薄、高性能、多媒體應用加速趨勢,整合型SoC的GDC應用方案,則朝向追加更高效能的GDC核心發展。例如,NVIDIA在TEGRA系列產品即應用GeForce顯示核心強化3D效能,或許這類嵌入式應用方案不是整合全功能的顯示核心,但至少其算圖性能已經超越嵌入式系統應用方案甚多。
至於低階的GDC應用,在嵌入式系統應用市場並非完全無用,因為仍有大量的自動化應用、工業控制、車用電子等應用需求,不需要顯示呈現方面的額外支援,而嵌入式晶片整合GDC僅會徒增元件成本、增加元件功耗。
多核整合方案 滿足縮小體積與提高效能設計要求
現有的嵌入式系統平台環境,畢竟不是桌上型電腦擁有寬裕的載板空間或取之不盡的電力供應,實際的現況是嵌入式系統平台的電力、資料匯流排與對應的運行資源相對較少,若採行多晶片整合方案來滿足嵌入式系統的繪圖要求,自然也會因為外部如VRAM、快取記憶體較少的問題,讓整合後的多媒體表現被系統載板的資源所限制。
這也是為什麼目前強調具高效繪圖處理的嵌入式應用平台,大多採行多核心、顯示核心整合於SoC的設計方案,讓晶片與晶片間的資料傳遞,不需面對晶片外傳輸,而增加快取記憶體或是線路品質提升的成本問題,而可以透過晶片的內部整合,一次處理高效顯示的資料轉送、加速需求。整合晶片只要搭配單純的DAC來處理視訊輸出與呈現,也能讓嵌入系統的載板設計相對簡化。
嵌入式應用方案選用了強化視訊處理、多媒體加速表現的SoC後,其實也要考量該SoC的開發資源,尤其所整合的圖形加速功能最好能符合如OpenGL/OpenCL,對於整合開發相關圖形處理加速應用時,可以利用工業標準的支援性,直接將原有的開發成果移植至新的嵌入式硬體平台,即便未來所使用的SoC有了高效顯示核心的硬體升級,所開發的系統平台也不需重新編寫,僅需搭配系統最佳化處理即可因應硬體升級。
若因應產品需求需優先考量GDC的處理效能,雖然流暢且華麗的圖形效果可以具備十足的吸引力,但畢竟建構的嵌入式系統必須符合電子嵌入式應用的耐用要求,若因為整合高效繪圖而造成SoC出現高熱問題,也必須考量產品機構空間是否具足夠的熱處理能力,避免機殼內的高熱影響嵌入式系統的運行穩定性。
對於越來越多的多媒體處理,必須達到遊戲水準的高標準要求,在考量嵌入式平台的繪圖加速方案時,也必須加入更多遊戲應用的業界評估標準。例如GDC必須支援紋理貼圖、硬體光影重繪、三維模型的加速呈現,甚至是多管線運算加速的即時繪圖處理,透過高效能的著色器、繪圖引擎,提供嵌入式系統最大幅度的遊戲繪圖支援。
- 選擇合宜的嵌入式系統圖形處理應用方案
- 嵌入式處理器性能持續升級 搶攻高性能運算應用領域
- 憶正科技推出HTM系列固態硬碟 兼具效能、穩定、價格等三大優勢 NAND Research Lab為後盾
- MIPS攜手Gameloft將HD遊戲帶到平板電腦
- 美商鳳凰科技最新PHOENIX SCT 2.2 UEFI韌體加速嵌入式智能平台開發
- Tektronix新增全方位高速串列協定測試平台
- Javelin Semiconductor的CMOS 3G功率放大器獲三星電子選用
- USB 3.0於工控領域之應用—USB2Expressway Technology
- MLC在工控上應用技術剖析
- 研華科技協助合作夥伴輕鬆打造產業私有雲 CloudBuilder解決方案問世
- 掌握2012嵌入式技術趨勢與應用 ATP參加嵌入式技術與應用論壇