FUJITSU. 63, 4, p. 374-379 （07, 2012）374

あ ら ま し

自動車に搭載される情報機器向けシステムLSIとして，富士通では長年にわたりグラフィックスディスプレイコントローラ（GDC：Graphics Display Controller）を製品化してきた。近年では自動車のインストルメントクラスタやセンターディスプレイといったシ

ステムにも，フルカラー液晶ディスプレイを使用したものが増加しており，自動車1台に複数のディスプレイを搭載するものも多い。このような機器の進化に伴い，富士通では

高性能なマイクロプロセッサと独自に開発したGPU（Graphics Processing Unit），および自動車内の各種ネットワーク機能を搭載したSoC（System-on-a-Chip）であるMB86R1xシリーズを製品化している。

本稿では，最近の自動車情報機器，システムの動向について概説するとともに，最新

の自動車用GDC製品として開発したMB86R1xシリーズの概要と，搭載されているGPU，画像処理ユニットおよびネットワーク回路など，本LSIに向けて開発した技術について説明する。

Abstract

Fujitsu has long been commercially offering graphics display controllers (GDCs) as system LSIs for information devices mounted in automobiles. At first, they were intended mainly for car navigation systems as LSIs for drawing and display control. Recently, however, increasing numbers of automotive systems such as instrument clusters and center displays have been using full-color LCD displays and more than one display is often installed in one automobile. Along with such evolution of devices, Fujitsu has commercialized the MB86R1x series, a system on a chip (SoC) combining a high-performance microprocessor, proprietary graphics processing unit (GPU) and various automotive network functions. This paper outlines the recent trends in automotive information devices and systems. It also gives an overview of the MB86R1x series developed as the latest automotive GDC product and a description about the technologies developed for this LSI including the GPU, image processing unit and network circuit integrated.

● 三浦栄介　　　● 中原　誠　　　● 西　英史

自動車用グラフィックスディスプレイコントローラ

Graphics Display Controller for Automotive Application

FUJITSU. 63, 4 （07, 2012） 375

自動車用グラフィックスディスプレイコントローラ

ま　え　が　き

自動車におけるスピードメータや燃料計などの走行・車両情報を運転者に伝達するシステムとして，インストルメントクラスタがある。このインストルメントクラスタは，指針式のスピードメータをメインとして，各種キャラクタパターンや文字の表示用に，LEDや小型の単色LCDを配置することによって構成されているものが多い。近年，この指針式の計器に加え，モノクロまたはカラーの比較的大きなLCDを配置し，グラフィックスによってより多くの情報を運転者に分かりやすく表示する製品が増加している。更には，大画面のLCDを全面に使用し，スピードメータなども全てグラフィックス描画によって実現している製品も出てきている。また，自動車における電子情報システムとして，カラーの地図表示によるカーナビゲーションシステムや，カメラ画像を利用したバックモニタなどの運転支援システムも普及が進んでおり，自動車1台に複数のカラーディスプレイが搭載された製品も普及し始めている。更に，現在はこれらのシステムは独立した電子制御ユニット（ECU：Electronic Control Unit）として自動車に搭載されてきた。例えばカーナビゲーションの情報やバックモニタの映像を，運転者の視線移動が最小となるようにインストルメントクラスタに表示するなど，電子情報システムとしての複合化や統合化により，運転者が一層使いやすいシステムへと発展してきた。今後はインター

ま　え　が　きネット，クラウドを利用したサービス・情報提供も普及することが見込まれる。富士通はこのような自動車向け情報システムに適したグラフィックスディスプレイコントローラ（GDC：Graphics Display Controller）を製品化している。本稿では，システムの特長，商品の概要および開発した技術について概説する。

システムアーキテクチャ

最近の自動車におけるダッシュボードの構成例を図-1に示す。インストルメントクラスタはスピードメータや燃料計，ギアポジションなど，走行，車両に関わる運転に必要な情報を表示する。ヘッドアップディスプレイはフロントガラスに映像を投影する形で，数字による速度表示や交差点での方向指示，ナイトビジョンなど，運転に直結する緊急性の高い情報を表示する。そして，センターディスプレイは地図によるナビゲーションやオーディオ，ビデオなど，快適な移動を実現するための車内エンタテインメント情報を表示する。このように，運転者や乗員の必要性と使い勝手を考慮した配置となっている。上記のようなダッシュボードを実現するための，次世代の統合HMI（Human Machine Interface）システムの構成例を図-2に示す。インストルメントクラスタ，ヘッドアップディスプレイおよびセンターディスプレイは独立したECUではなく，システムとして統合化された構造により実現される。このような統合化によって，

システムアーキテクチャ

センターディスプレイ

ヘッドアップディスプレイ

インストルメントクラスタ

快適をつかさどる情報

運転に必要な情報

緊急性が高い情報

図-1　自動車ダッシュボード構成例

FUJITSU. 63, 4 （07, 2012）376

自動車用グラフィックスディスプレイコントローラ

国ARM社製CortexTM-A9高性能コアを採用し，グラフィックスユニットは富士通オリジナルGPU（Graphics Processing Unit）と2Dグラフィックス専用のエンジンを独立に搭載する。画像用インタフェースとして，4チャネルのビデオ入力と最大5画面の表示が可能なディスプレイ出力を搭載し，これらの入出力に対応するビデオデータを高速で映像処理することができる。例えば，車両の前後左右に設置した四つのカメラ映像を，リアルタイムに合成・変形して一つの映像として表示する全周囲立体モニタシステム（本誌掲載の「全周囲立体モニタシステム用車載向けグラフィックスSoC」参照）を，1チップで実現可能である。そのほかに，高速画像伝送インタフェースであるAPIX2，自動車向けネットワークとしてCANおよびマルチメディア系車載LAN規格MOST対応のMediaLB，更にUSB，SD，Ethernetといった汎用的な周辺インタフェースを搭載し，統合HMIなどの自動車向け情報システムを容易に実現できる。

開　発　技　術

本章では，MB86R1xシリーズをはじめとする，GDC製品向けに開発した技術について概要を説明する。

開　発　技　術

システムのコストダウンが可能となるだけではなく，運転者の操作の管理や各装置の制御を一元的に行い，同時に各種の情報処理を効率良く実行し，その結果を各ディスプレイに統一的なインタフェースで表示する。更にナビゲーション情報の表示をセンターディスプレイだけではなく，状況に応じてインストルメントクラスタやヘッドアップディスプレイに表示するなど，柔軟に表示することができる。このような統合化を実現するため，中心となるシステムLSIは，車両情報，ナビゲーション情報，カメラ画像などの入力インタフェースと，複数のディスプレイ出力を持ち，高性能なグラフィックス描画および画像処理，表示制御の能力が必要となる。更に今後は，多数のスイッチ類に代わり，タッチパネルや触覚フィードバック付の装置を用いた，運転者入力操作のグラフィックスインタフェースなども，この統合HMIユニットによって可能となる。

MB86R1xシリーズ概要

グラフィックスインストルメントクラスタ，カーナビゲーションおよび上記統合HMIシステム向けシステムLSIとして開発した，MB86R1xシリーズのブロック構成を図-3に示す。CPUとして英

MB86R1xシリーズ概要

統合HMI

ヘッドアップディスプレイインストルメントクラスタセンターディスプレイ

システムLSI

地図ナビゲーション

周辺モニタ

テレマティクス

ドライバーアシスタンス

インターネット

車内ネットワーク

ナビゲーションTV/オーディオ

カメラユニット

図-2　統合HMIシステム

FUJITSU. 63, 4 （07, 2012） 377

自動車用グラフィックスディスプレイコントローラ

● GPU業界標準のグラフィックスAPIであるOpenGL

ES2.0をサポートするGPUを開発した。このGPUは10 Mpolygon/s，400 Mpixel/sの描画性能を持ち，高品質なグラフィックスを高速に描画することが可能である。本GPUは最先端のアーキテクチャであるユニファイドプログラマブルシェーダを搭載している。3Dグラフィックスの処理の中には，図形の頂点単位での陰影処理演算を行う頂点シェーダと，ピクセル単位での色計算を行うフラグメントシェーダがある。ユニファイドプログラマブルシェーダは，頂点シェーダとフラグメントシェーダを共通のハードウェアで，かつ陰影処理のアルゴリズムを固定ではなくプラグラム可能にしたアーキテクチャであり，ユーザ作成のシェーダプログラムによって，求める描画効果を高い自由度で作成することができる。またプログラマブルシェーダは数値演算にも応用することが可能で，最大演算性能は17 GFLOPSに達する。そのほかの機能を二つ紹介する。

（1） MSAA（Multi Sample Anti Aliasing）機能ジャギ（描画した画像の輪郭に発生する，階段状のギザギザ）の低減により，ディスプレイ解像度以上の滑らかな画像を実現。（2） 多角形描画機能ナビゲーション地図などで使用される多角形描画を，高速かつ簡単なコマンドで実現。● スプライトエンジン低コストを実現するグラフィックスエンジンとして，スプライトエンジンを開発した。本技術は，フレームバッファの不要なスプライトと呼ばれる描画方式を採用しており，最大512個のスプライトパターンを表示することが可能である。各スプライトパターンは最大512×512ピクセルサイズのパターンを持つことが可能で，上下・左右反転，90°回転といった変形機能，更には自動的にパターン参照先を更新するアニメーション機能，フォント描画に特化したアンチエイリアス機能を搭載している。● 2Dグラフィックスエンジンビットマップ画像ベースの2Dグラフィックスエ

ARM CortexTM-A9CPU

ARMNeon SMID

MOST 25/50 CAN Ethernet

マルチメディアI/F 標準I/O Flash/RAM I/F

GPU

2Dグラフィックス

イメージプロセッサ

ビデオ入力

ビデオ入力

ビデオ入力

ビデオ入力

ビデオ出力

ビデオ出力

ビデオ出力

I-キャッシュ D-キャッシュ L2キャッシュ

図-3　MB86R1xブロック構成

FUJITSU. 63, 4 （07, 2012）378

自動車用グラフィックスディスプレイコントローラ

ある。開発した視認性向上処理により，入力された画像の明るい部分と暗い部分を識別し，それぞれの部分の階調を補正することが可能となり，上記のような状況における画像内容の視認性を向上させる。（本誌掲載の「全周囲立体モニタシステム用車載向けグラフィックスSoC」を参照）（3） 輪郭・色彩補正入力画像信号を解析し，画像の内容に応じて適用する画像処理の方式を変更する輪郭処理機能と，画像に応じて階調特性を設定する彩度補正を行う。（4） バックライト制御入力映像の内容に応じて，液晶ディスプレイのバックライトを制御することにより，消費電力の削減，および画像のコントラストの改善が可能となる。● 画像入力，表示制御自動車の周辺をモニタリングする複数のカメラ映像入力，および車内に搭載する複数のディスプレイに対応するための，画像入力・表示制御技術を開発し，MB86R1xシリーズに搭載した。四つのビデオ入力ポートを装備し，入力映像を同時に処理することが可能である。最大1920×1080ドットのインタレースおよび1280×720ドットまでのノンインタレースの画像に対し，拡大・縮小や，上記VEUによる画像処理を適用して，高画質かつ見やすい映像を生成することができる。ディスプレイへの出力は独立3チャネルのインタフェースがあり，このうち2チャネルは2画面に多重化して出力することができ，最大で五つのディスプレイ出力が可能となっている。また出力される画像は，ビデオ映像およびGPUによって描画

ンジンであり，任意の角度や大きさの，回転，拡大・縮小，更にヘッドアップディスプレイなどに応用可能な画像変形機能を実現している。また，これらの処理は，合わせて搭載されている高機能な画像フィルタリング機能により，変形処理後の画像を高品質に保つことができる。この2Dグラフィックスエンジンは，先に説明したGPUと独立して動作することが可能であり，図-4に示すような，2Dグラフィックスによるメータ描画と3Dグラフィックスを用いた自動車の外観の描画などによる，ハイブリッドHMIシステムを高速に処理することが可能である。● VEU（Visibility Enhancement Unit）富士通研究所の研究成果である，車載カメラ映像の視認性向上処理技術（1）を適用した専用画像処理エンジンVEUを開発し，MB86R1xシリーズに搭載した。（1） 動き適応IP変換

IP変換は，カメラとのインタフェースなどで使用される，アナログビデオ信号の走査方式であるインタレース画像を，デジタル処理およびLCDなどへ出力する際の走査方式であるプログレッシブ画像に変換する技術である。この変換の際に，画像の内容に動きがあるかを検出し，その結果に応じてIP変換の際に使用する画像の補間方法を変更することによって，高画質化を実現している。（2） 視認性向上処理自動車に搭載したバックモニタなどの画像において，逆光や，夜間にヘッドライトに照らされているような状況では，光の当たっている部分が白く，暗い部分が黒くなるようなコントラストの強い画像となり，周囲の状況を視認しにくい場合が

図-4　2D/3D ハイブリッドHMI描画例

FUJITSU. 63, 4 （07, 2012） 379

自動車用グラフィックスディスプレイコントローラ

ンドなどの制御データを同時に通信することが可能となっている。

む　　す　　び

最近の自動車はインストルメントクラスタ，ナビゲーションなどの情報システムの搭載が普及し，これらの機器の分かりやすさ，使いやすさを実現するHMIの重要性が増大している。本稿では，これら最近の自動車におけるHMIシステムの動向と，同システムに向けた自動車用GDC製品の概要と開発した技術について述べた。更に今後は自動車とインターネットの接続，あるいは自動車間通信などのネットワーク化が進展し，新たな自動車向けシステムやサービスが提供されていくことが見込まれる。富士通ではこのような自動車情報システムに向けたLSI製品を継続的に開発し，提供していく。

参 考 文 献

（1） 豊田雄志ほか：車載カメラ映像の視認性向上処理技術．FUJITSU，Vol.59，No.4，p.403-409（2008）．

（2） 坂本和道ほか：自動車向け高速差動インターフェース「APIX」．Design Wave Magazine，1月号 p.56-57（2009）．

む　　す　　び

された画像を最大8レイヤ重ね合わせることができる。更にこの重合せは透過，半透過をピクセル単位で行うことができるので，高品位かつ洗練された画面表示およびグラフィックスユーザインタフェースを容易に実現可能である。● APIXインタフェース自動車向け画像伝送インタフェースとして，

APIXを採用，転送速度1 GbpsのAPIX，および3 GbpsのAPIX2の高速IOユニット（物理層を含む）を開発し，APIXはMB86F332，MB86R02に搭載，APIX2はMB86R12に搭載している。

APIXは，電流の変化によってデータ転送を行う電流差動伝送（CML：Current Mode Logic）方 式 に よ り， 優 れ たEMI（Electro Magnetic Interference）特性を有しており，特に自動車向けの高速インタフェースとして高い評価を得ている。（2）

また，サイドバンドを利用し，コマンドなどの制御情報を双方向で伝送可能なことから，ECU間の接続を1対のツイストペアの信号線で行うシンプルな構成となり，信頼性が高くかつ低コストの自動車内ネットワークを構築することが可能となる。

APIX2はAPIXと互換性を有し，下り3 Gbps，上り187.5 Mbpsとデータ転送速度の高速化が図られたもので，2チャネルの非圧縮HDビデオストリーム，複数チャネルのオーディオストリーム，コマ

三浦栄介（みうら　えいすけ）

富士通セミコンダクター（株）開発本部SoCソリューション統括部 所属現在，SoCプラットフォーム開発に従事。

著 者 紹 介

西　英史（にし　ひでふみ）

FUJITSUユニバーシティ本部 所属現在，Grobal Wisdom Program研修中。

中原　誠（なかはら　まこと）

富士通セミコンダクター（株）アドバンストプロダクト事業本部映像ソリューション事業部 所属現在，自動車向けプロセッサ開発に従事。