CC BY
188124 встраиваемые системы www.finestreet.ru
Леонид АКИНШИН, к. т. н.
leonidus_a@mail.ru
О подключении ЖК-панелей
к выходу VGA и не только
Помимо встраиваемых компьютеров, интегрированных процессорных модулей и материнских плат, холдинг Kontron предлагает своим клиентам разнообразные «вспомогательные» аппаратные средства. Таковыми являются, в частности, продукты, обеспечивающие подключение TFT-дисплеев к встраиваемым системам разных типов. Эти изделия позволяют разработчикам использовать те жидкокристаллические панели, которые наилучшим образом соответствуют специфике конкретной практической задачи. Более того, современные ЖК-дисплеи становится возможным подключать к аналоговому выходу VGA.
Международный холдинг КоПгоп (www.kontron-emea.com) является в настоящее время признанным лидером рынка ВКТ (встраиваемые компьютерные технологии). Изделия марки КоПгоп используются ОЕМ-производителями, системными интеграторами и провайдерами услуг по всему миру и хорошо известны специалистам, которые по роду своей деятельности соприкасаются с ВКТ. Клиенты холдинга работают в коммуникационной отрасли, на рынке средств автоматизации, занимаются производством контрольно-измерительной аппаратуры, поставляют электронику для транспорта, обслуживают оборонную, аэрокосмическую и энергетическую отрасли. КоШгоп внес значительный вклад в развитие индустрии ВКТ, превратив множество своих внутрифирменных спецификаций в промышленные стандарты.
Одним из главных козырей КоШгоп является продуманная стратегия, благодаря которой разработчику, решившему использовать в своей системе продукты холдинга, не приходится ломать голову над тем, как организовать взаимодействие центрального вычислительного блока с дисплеем. Графические контроллеры и кабели, предлагаемые КоПгоп, устраняют такую проблему. Эта товарная группа находится в ведении специального подразделения холдинга, которое занимается графическими решениями вот уже более 12 лет.
Что мы имеем
Жидкокристаллический дисплей к встроенной плате можно подключить тремя разными способами. Эти пути предполагают использование разных наборов аппаратных и программных средств, ориентированы на различные прикладные задачи и имеют некоторые другие особенности. Рассмотрим методы подключения дисплея к встроенной плате более подробно.
Первый способ — это кабель JIPA или JILI. Будучи самым простым, во многих случаях данный путь оказывается и наиболее удобным. Интеллектуальные интерфейсы JIPA и JILI обеспечивают распознавание типа подключенного дисплея, автоматически выставляя соответствующие этому типу видеопараметры. Это не только освобождает разработчика от трудоемкого ручного конфигурирования, но и защищает от ошибок, обусловленных человеческим фактором.
Во втором способе к кабелю JIPA или JILI добавляется видеокарта с интерфейсом AGP или PCI. Такой метод имеет важное преимущество: пользователь получает мощную подсистему визуализации, которую он впоследствии при необходимости сможет заменить на более производительную. Кроме того, данная схема позволяет в случае необходимости организовать независимый вывод графики сразу на два дисплея: жидкокристаллический и электронно-лучевой. Положившись на технологии JIPA и JILI, разработчик может не беспокоиться о совместимости и просто выбрать на рынке тот дисплей, который устраивает его по своим эксплуатационным параметрам.
Третий способ состоит в использовании комбинации из аналогового модуля-адаптера и видеокабеля (FLEX32, FLEX50, JILI40, JILI40 или др.). Здесь основным видеоинтерфейсом является стандартный 15-контактный порт RGB, который широко используется по всему миру. Метод 3 очень удобен с инженерной точки зрения, поскольку позволяет использовать проверенные временем технологии, легко настраивать размеры и положение картинки на экране дисплея и применять обычные VGA-кабели, если расстояние между платой и дисплеем не очень велико. Роль источника сигнала может играть любое устройство с интерфейсом VGA, DVI и/или видеовыходом. Интеграция дисплея осуществляется по принципу Plug & Play и не
требует выполнения каких-либо действий в БИОСе. Кроме того, для работы с подключенными по этому методу дисплеями доступна обширная программная база. Помимо всего прочего, третий путь является также и очень рентабельным, поскольку позволяет использовать недорогие кабели и выбирать дисплеи с наилучшим соотношением «цена/ рабочие характеристики» (поддерживается широкий спектр ЖК-панелей от ведущих производителей).
Семейство продуктов холдинга Kontron, предназначенных для подключения жидкокристаллических панелей к встроенным платам, состоит из четырех линеек: цифровые панельные контроллеры (Digital Flat Panel Controller — dFLAT), аналоговые панельные контроллеры (Analog Flat Panel Controller — aFLAT), «тонкие» встраиваемые компьютеры (Embedded Flat Panel-PC — uFLAT) и кабельные решения. Серия dFLAT базируется на шине AGP и обеспечивает поддержку основных технологий передачи графической информации: цифровой сигнал RGB и LVDS. Аналоговая линейка aFLAT позволяет осуществлять вывод в форматах VGA, SVGA, XGA, SXGA и UXGA. Получая сигналы DVI, NTSC или PAL, модули aFLAT преобразуют их в цифровой или LDVS-формат. Панельные компьютеры uFLAT характеризуются очень низким энергопотреблением и имеют малые размеры (не более 7 мм в толщину), что позволяет устанавливать их непосредственно за TFT-матрицами. Последнюю группу «панельных» товаров марки Kontron образуют кабели, служащие для физического подключения разнообразных дисплеев типа TTL и LVDS.
Серия dFLAT: видеокарты для встроенных систем
Развитие средств визуализации идет сегодня весьма быстрыми темпами. Качество изобра-
встраиваемые системы 1125
жения, обеспечиваемое плоскопанельными дисплеями, постоянно растет, а их ассортимент расширяется. Еще одной тенденцией последнего времени является увеличение доли дисплеев с высоким разрешением с интерфейсом БУ1. Линейка dFLAT стала ответом компании КоПгоп на эту рыночную ситуацию.
На данный момент к серии dFLAT относятся два продукта: dFLAT-AGP-1 (быстрая современная видеокарта с шиной AGP) и РС/104 VGALCD-6 (графический модуль, реализованный в формате РС/104). Отличительной чертой dFLAT является высокая производительность, обусловленная применением современных 3D-чипов и большой пропускной способностью шины AGP.
Рис. 1. Видеокарта dFLAT-AGP-1
на базе графического процессора ATI Radeon Mobility
Видеокарта dFLAT-AGP-1 (рис. 1) выполнена на базе мощного чипа ATI Radeon Mobility. Она поддерживает TFT-панели, имеет два канала LVDS и 200-мегагерцовую память объемом до 64 Мбайт и способна осуществлять параллельный независимый вывод на два разных дисплея (возможные комбинации: ЖК + ЭЛ и DVI + ЭЛ). Объем встроенной DDR-памяти, работающей на частоте 200 МГц, составляет 16, 32 или 64 Мбайт. Максимальным поддерживаемым видеорежимом является UXGA с 16,7 млн цветов. В дополнение к этому покупатель продукта dFLAT-AGP-1 получает аппаратно реализованные функции декодирования DVD/MPEG-2 и ускорения двумерной и трехмерной графики, а также внешний выход DVI & ЭЛ плюс все те преимущества, что дают интерфейсные технологии JILI & JILI40.
Наиболее весомыми характеристиками dFLAT-AGP-1 в глазах разработчика являются высокие разрешения, длительный жизненный цикл (Kontron гарантирует наличие этого изделия на своих складах в течение как минимум 5 лет) и интегрированная поддержка жидкокристаллических панелей. Указанные свойства определяют область применения данной видеокарты: мультимедийные системы, быстрое отображение двумерной и трехмерной графики и воспроизведение видео в формате DVD/MPEG-2.
В отличие от dFLAT-AGP-1, модуль PC/104 VGALCD-6 взаимодействует с центральным вычислительным блоком не через интерфейс AGP, а по шине PC/104 (ISA). Объем видеопамяти составляет 1 Мбайт, поддерживают-
ся разрешения до 800x600 (64 тыс. цветов). Благодаря технологии JIPA, распознавание подключенного дисплея и соответствующее конфигурирование происходят в автоматическом режиме. Модуль PC/104 VGALCD-6 позволяет организовать синхронный вывод на ЖК-матрицу и обычный монитор. В комплект поставки данного продукта входят драйверы для операционных систем Windows 95/98, Windows NT 4.0 и Windows 3.11.
Ключевым достоинством изделия PC/104 VGALCD-6 является его совместимость с огромной массой других продуктов, соответствующих стандарту PC/104, и плат-носителей, снабженных соответствующими разъемами. Другое не менее важное свойство данного продукта, представляющее интерес для разработчиков встраиваемых приложений — наличие интегрированной поддержки плоских дисплеев.
Серия aFLAT: примирение TFT с VGA
Для многих разработчиков серия aFLAT может стать единственно возможным выходом. Она образована модулями CRTtoLCD, которые конвертируют входные аналоговые сигналы RGB и DVI в форму, понятную жидкокристаллическим TFT-дисплеям (TTL или LVDS). Представители данной линейки продуктов приходят на помощь в тех случаях, когда необходимо использовать ЖК-панель, но центральный компьютер выдает графический сигнал VGA и/или DVI. Спектр прикладных задач, где могут найти применение адаптеры CRTtoLCD, чрезвычайно широк, поскольку они не только не требуют наличия у встроенной системы свободного слота PCI или AGP, но даже и самих этих шин в какой бы то ни было форме.
Все модули aFLAT построены на базе видеочипов компании Genesis Microchip, которая является ведущим поставщиком полупроводниковых продуктов для обработки изображений, занимая около 60% соответствующего сегмента мирового рынка.
Изделия серии aFLAT отличает высокая степень интеграции. Модули CRTtoLCD совме-
щают в себе функции АЦП, приемника TMDS, передатчика LVDS и сенсорного контроллера, что способствует упрощению и удешевлению конечных систем, а также сокращению периода их разработки.
Модули CRTtoLCD рассчитаны на применение в медицинской технике, игровых автоматах, кассовых аппаратах и информационных терминалах. Возможная конструкция такого терминала изображена на рис. 2. В основании стойки располагается стандартная материнская плата с VGA-выходом от обычного персонального компьютера, имеющая порт для подключения монитора с электронно-лучевой трубкой. Модуль CRTtoLCD находится наверху, сразу за TFT-панелью, а внутри стойки к нему идет обычный CRT-видеокабель. Внутри стойки проходит видеокабель, один конец которого подключен к этому интерфейсу, а другой — к модулю CRTtoLCD. Проектировать и изготавливать такие терминалы очень просто, кроме того, они оказываются весьма удобными в эксплуатации и обслуживании.
Модули CRTtoLCD-2 и CRTtoLCD-3 оснащены портами DVI, они выполнены на чипах Genesis gm5020/gm5060 и используют внешние буферы кадров. Последние необходимы в тех случаях, когда встроенная память не способна вместить всю экранную информацию, и позволяют производить сложные манипуляции с изображениями (увеличение/уменьшение, поворот, отражение, стоп-кадр и т. п.). Поддерживаются дисплеи с разрешениями вплоть до UXGA включительно. Кроме того, возможно масштабирование картинки с применением фильтров и интерполяции, причем настройка под конкретную подсоединенную к модулю панель производится автоматически. Предусмотрено питание для ламп подсветки и конфигурирование при помощи внешней клавиатуры или ПК через порт RS232. Модули CRTtoLCD-2/3 преобразуют аналоговый CRT-сигнал в цифровой RGB или LVDS (интерфейсы JIPA-/FLEX32 и JILI-/JILI40 соответственно). Поддерживается кадровый формат 16:9. Редактор микропрограммного обеспечения и другие инструментальные средства дают пользователю
126 1 встраиваемые системы
широкие возможности в плане адаптации этих модулей к конкретным прикладным задачам. Продукты CRTtoLCD-2 и CRTtoLCD-3 существуют в версиях с дополнительным видеовходом, на который можно подавать сигналы формата PAL или NTSC (Comp. Video, S-Video). При желании изделия CRTtoLCD-2/3 могут быть укомплектованы ТВ-тюнером с инфракрасным портом дистанционного управления и дополнительным модулем расширения, который построен на базе видеодекодера Philips SAA7118 и адресован видеосистемам класса High-End.
Другой представитель семейства CRTtoLCD, называющийся CRTtoLCD-1-LC, интересен своей сравнительно невысокой ценой, а также тем, тем, что Kontron гарантирует его долгосрочную доступность. Разработчики решений на основе CRTtoLCD-1-LC могут не беспокоиться о том, что завтра эти модули будут внезапно сняты с производства, после чего у них возникнут большие проблемы с выполнением новых заказов и поддержкой существующих клиентов.
Имея на борту чип Genesis gmZAN2, модуль CRTtoLCD-1-LC способен осуществлять вывод на TFT-панели в разрешениях до SXGA. В этом модуле также предусмотрены питание ламп подсветки и возможности масштабирования изображения. Выходным интерфейсом служит FLEX32/FLEX50 (цифровой сигнал RGB) или JILI40 (сигнал LVDS). По желанию клиента в комплект поставки CRTtoLCD-1-L включается конфигуратор с внешней клавиатурой. Модификация CRTtoLCD-1-TC отличается от CRTtoLCD-1-LC поддержкой опционального сенсорного контроллера, который подключается к модулю через порт USB или разъем PC/2.
В линейке aFLAT есть интересный продукт CRTtoLCD-6-SM, который выполнен на плате особого формата и адресован пользователям модулей Samsung Smartpanel. Купив CRTtoLCD-6-SM, клиент может просто заменить свой старый Smartpanel на более современный модуль производства Kontron. Это возможно благодаря одинаковым форме и размерам Samsung Smartpanel и CRTtoLCD-6-SM. Модуль CRTtoLCD-6-SM построен на чипсете Genesis GM 2121, что обеспечивает высокое качество изображения, имеет один выход LVDS (интерфейс KAB-JILI30) и последовательный порт типа TTL (5 В), который можно использовать только для обновления микропрограммного обеспечения. Существуют версии данного изделия с дополнительным видеовходом. Выборочно доступны сенсорное управление и внешний клавиатурный конфигуратор. Поддерживаются TFT-панели с разрешениями до SXGA. Разработчики Kontron предусмотрели у CRTtoLCD-6-SM питание ламп подсветки и функцию масштабирования изображения. Низкая стоимость, длительная доступность и поддержка на протяжении всего жизненного цикла делают CRTtoLCD-6-SM очень привлекательным
Рис. 3. Внешний вид модуля CRTtoLCD-5
продуктом для тех разработчиков, у которых есть существующие решения на базе Samsung Smartpanel.
Недавно линейка aFLAT пополнилась новым продуктом, получившим название CRTtoLCD-5 (рис. 3), которые обеспечивают преобразование аналогового сигнала RGB или DVI в формат, понятный современным TFT-дисплеям (TTL или LVDS). Этот модуль стал первым изделием серии CRTtoLCD, не содержащим свинца (Lead-Free, европейские директивы RoHS). Компания Kontron намерена следовать требованиям RoHS при создании всех последующих изделий из линейки aFLAT.
Функциональным ядром модуля CRTtoLCD-5 является чип Genesis gm5621. Максимальное входное и выходное разрешения — это UXGA и SXGA соответственно. Алгоритмы масштабирования, позволяющие иметь разные размеры картинки на входе и выходе, у CRTtoLCD-5 значительно усовершенствованы, а соотношение «цена/производительность», которое всегда было сильной стороной изделий CRTtoLCD, стало еще более привлекательным. Новый модуль сохранил механическую совместимость с продуктами CRTtoLCD-1, 2 и 3, вследствие чего модернизация существующих систем не вызовет у клиентов Kontron никаких затруднений.
Взаимодействие CRTtoLCD-5 с ЖК-дисплеем обеспечивается интерфейсом FLEX32 (сигнал TTL) или KAB-JILI30 (сигнал LVDS). Первый вариант позволяет работать с 18-разрядными панелями, а второй обеспечивает поддержку панелей с двумя 24-разрядными каналами. Конфигурирование модуля CRTtoLCD-5, как и других продуктов этой серии, может осуществляться при помощи внешней клавиатуры или обычного ПК через интерфейс RS232.
Главными преимуществами линейки aFLAT является поддержка высоких разрешений (QVGA и UXGA), а также возможность управления через последовательный порт и сохранение настроек в файле, откуда их потом можно загружать в адаптеры того же самого или другого типа. Это очень удобно при серийном производстве: на смену трудоемкому ручному конфигурированию каждого модуля по отдельности приходит эффективный полуавтоматический процесс. Кроме того, изделия aFLAT имеют длительный жиз-
ненный цикл, мощную программную поддержку и позволяют подключать дисплеи разных производителей. Наконец, благодаря модулям CRTtoLCD, у разработчиков появляется возможность использовать современные жидкокристаллические панели даже в тех случаях, когда встроенная плата имеет только выход VGA.
Серия KAB: JIPA, JILI и другие кабельные решения
Кабельные решения холдинга Kontron образуют отдельную серию продуктов, называющуюся KAB (KAB-JIPA, KAB-JILI, KAB-FLEX32, KAB-JILI40 и KAB-JILI30). Представители линейки KAB обеспечивают поддержку ЖК-па-нелей таких производителей, как Sharp, NEC, AU Optronics, Hitachi, Toshiba, Samsung, Chimei, Fujitsu, LG.Philips, IDTech и Torisan. Какой бы тип плоского дисплея ни выбрал клиент, у Kontron наверняка найдется подходящий видеокабель.
Говоря о преимуществах, которые получает разработчик, решивший использовать продукцию компании Kontron, следует еще раз особо отметить технологии JILI и JIPA — интеллектуальные интерфейсы, обеспечивающие автоматическое определение типа подключенного дисплея и делающие ненужным кропотливую настройку БИОСа. Участие человека в процессе сопряжения встроенной платы с ЖК-панелью сводится, таким образом, к минимуму, что экономит время, сберегает ценные трудовые ресурсы и способствует повышению качества конечных систем.
В тех случаях, когда цена комплектующих имеет решающее значение, целесообразно использовать модули CRTtoLCD в комбинации с кабелями KAB-FLEX32 (18 разрядов, дисплеи Sharp SVGA), KAB-JILI40 или KAB-JILI30 (два 24-разрядных канала LVDS).
Подбирать кабели и модули для конкретных практических задач клиентам Kontron помогает онлайн-инструмент Flatpanel Configurator (www.kontron-hh.com). Указав желаемый дисплей, пользователь получает о нем подробную информацию и видит список совместимых с этим дисплеем модулей и кабелей.
Серия uFLAT: «тонкие» встраиваемые компьютеры
Встраиваемые компьютеры серии uFLAT ориентированы на мобильные системы: портативные терминалы, контрольно-измерительное оборудование, телевизионные и интернет-терминалы для пациентов в больницах и др. Кроме того, изделия этого типа подойдут разработчикам систем управления зданиями, видеомониторинга, разнообразных информационно-развлекательных устройств, кассовых аппаратов, информационных терминалов и киосков. Мобильные компьютеры на основе uFLAT можно использовать,
например, набольших складах, где они будут подключены к офисным ПК и принтерам по беспроводной сети.
На текущий момент в линейке uFLAT есть три продукта: ePanel-mgx, ePanel mgx с видеоинтерфейсом и ePanel-C3.
Будучи всего 7 мм в толщину, компьютер ePanel-mgx монтируется непосредственно за TFT-панелью, которой он управляет. В роли ЦП выступает процессор компании National Semiconductor Geode SC1200, работающий на частоте 266 МГц. Энергопотребление ePanel-mgx не превышает 7 Вт. Компьютер оснащен интерфейсами Fast Ethernet и USB, последовательным портом TTL, видеовходом NTSC/PAL, ТВ-выходом и сенсорным контроллером (4/8-проводной интерфейс). В гнездо PC-CARD можно устанавливать карты расширения, обеспечивающие подключение к беспроводным сетям Bluetooth и WLAN, промышленным шинам типа CAN и др. Для питания ePanel-mgx подходят аккумуляторы с выходным напряжением в диапазоне 8-28 В). Поддерживается функция Smart Battery. Продукт имеет гнездо Compact Flash для установки твердотельных накопителей, позволяет использовать дополнительный адаптер ввода-вывода и поставляется с драйверами для операционных систем Linux, Windows XP Embedded и Windows CE.
«Тонкий» компьютер ePanel-mgx удобен тем, что не требует использования активного охлаждения, занимает очень мало места, обладает широкими возможностями по вводу-выводу и построен на базе x86-совместимого процессора. Этот продукт подойдет для организации управления складами, зданиями и информационно-развлекательных систем.
Рис. 4. Внешний вид изделия ePanel-C3
Высокопроизводительная модель ePanel-C3 (рис. 4) также обладает малыми размерами и размещается за жидкокристаллическим экраном. Данный компьютер оснащается процессором VIA Eden с тактовой частотой 1 ГГц, 733 МГц или 300 МГц и чипсетом VIA CLE266/VT8235, имеет порт Fast Ethernet, три порта USB и два последовательных порта TTL, а его сенсорный контроллер совместим с 4-, 5- и 8-проводными интерфейсами. Компьютером поддерживаются разрешения вплоть до UXGA, к нему можно подключить панели типа TTL и LVDS. В наличии также имеется аппаратный декодер DVD/MPEG-2 с графической памятью до 64 Мбайт и опциональный слот расширения Mini-PCI. Остальные характеристики ePanel-C3 и ePanel-mgx совпадают.
На рис. 4 представлен внешний вид изделия ePanel-C3, оснащающегося процессором VIA Eden с тактовой частотой до 1 ГГц и набором микросхем VIA CLE266/VT8235 с аппаратным декодером MPEG-2. У этого «тонкого» компьютера есть порт локальной сети, интерфейсы USB, последовательные порты,
встраиваемые системы 1127
сенсорный контроллер, до 64 Мбайт видеопамяти и опционально слот Mini-PCI.
Холдинг Kontron предлагает панельные компьютеры серии ePanel в том числе и в составе интегрированных стартовых комплектов, куда включены все аппаратные и программные средства, необходимые для начала разработки конечной системы.
Что завтра?
Графические решения марки Kontron пользуются у клиентов неизменным успехом, и потому их диапазон будет расширяться. В самом ближайшем будущем должны появиться еще три продукта серии aFLAT, не содержащие свинца: CRTtoLCD-6, CRTtoLCD-7 и CRTtoLCD-8. Модуль CRTtoLCD-7, например, будет построен на базе чипа Genesis gm1601, поддерживать разрешения вплоть до WUXGA, формат кадра 16:9 и обеспечивать высокое качество статических и динамичных изображений (технология фирмы Faroudja). Не забыты и разработчики недорогих систем: им адресован продукт CRTtoLCD-6 (чип Genesis gm2621, максимальное разрешение SXGA), который имеет только выход LVDS (интерфейс JILI-40 & KAB-JILI30).
Разумеется, о более отдаленных перспективах продуктовых линеек dFLAT, aFLAT и uFLAT говорить пока рано. Как бы там ни было, холдинг Kontron дорожит репутацией отраслевого лидера, и потому он еще не раз постарается порадовать своих клиентов новыми графическими решениями. Разработчики встраиваемых систем, желающие использовать современные технологии визуализации, всегда могут рассчитывать на поддержку Kontron. ■
