Guidare auto più intelligenti

La strumentazione grafica adattativa e sensibile al contesto è oggi presente in sempre maggior numero di auto di fascia media e rappresenta un ottimo sistema per gestire e presentare le informazioni al conducente aiutandolo a migliorare la guida in sicurezza. Questi cruscotti grafici avanzati possono anche offrire la versatilità tipica di uno smartphone, per personalizzare e rendere unica l’esperienza dell’utente. Cos’è che fa sì che un controller per strumenti di bordo possa supportare ulteriori migliorie nel futuro?

Un cruscotto completamente grafico

I costruttori di automobili stanno sostituendo e arricchendo i tradizionali quadri di bordo con strumenti virtuali riprodotti su pannelli LCD-TFT. Il risultato non è solo un nuovo argomento di vendita, dando all’utente la possibilità di personalizzare la propria esperienza, allo stesso modo di quando cambia la cover al suo smartphone, ma è anche una gestione efficace di un numero sempre maggiore di informazioni per il guidatore.

Per quanto riguarda la personalizzazione, questa nuova generazione di strumenti interni all’abitacolo fornisce ai costruttori l’opportunità di realizzare veicoli “tagliati su misura” per specifici settori di mercato, o di offrire modelli “a tiratura limitata”, efficaci in termini di costi e con brevi tempi di commercializzazione. Anche il proprietario può godere della possibilità di personalizzare il look-and-feel del cruscotto grafico, che può essere sportivo, lussuoso, economico, rétro o ispirato ad altro tema creativo.

Da un punto di vista più funzionale, il quadro di bordo può essere adattato per dare priorità alle informazioni contestuali più rilevanti. Esempi sono il collegamento diretto a una videocamera posteriore durante le manovre di parcheggio quando non occorre conoscere dati come velocità e giri del motore, oppure quando il sistema prende il controllo del quadro di bordo durante la guida “normale” per comunicare informazioni urgenti. In questo modo, gli strumenti grafici forniscono la massima assistenza ed evitano di “inondare” il guidatore con una miriade di informazioni non necessarie.

In un crescente numero di nuovi modelli, dalla macchina di lusso all’utilitaria, la strumentazione è presentata in tutto o in parte attraverso un display LCD a colori a matrice attiva (TFT). Le tipiche dimensioni del display vanno da 3 a 8 pollici (o superiore, nei modelli di fascia alta), e possono essere utilizzati in una molteplicità di tipologie, dal piccolo display ausiliario che affianca gli indicatori tradizionali, fino a un’intera unità grafica con indicatori virtuali dotati di lancette virtuali rotanti. La richiesta di display più grandi in grado di presentare più informazioni in un layout più user-friendly e l’esigenza di dare ai progettisti di design una maggiore libertà creativa, hanno imposto requisiti più stringenti ai circuiti integrati grafici presenti nel cuore del sistema.

Le problematiche del controllo tramite cruscotto grafico

Un controller LCD-TFT che supporta risoluzioni tipiche dello schermo pari a 800 x 480 o a volte superiori sta diventando più comune negli odierni microcontrollori, in special modo nei dispositivi multimediali di fascia alta. Tuttavia, microcontrollori multifunzionali per sistemi di informazione alla guida devono essere in grado di superare problemi complessi, come la resa grafica di lancette rotanti, fornire sistemi di prevenzione dalle manomissioni e dagli accessi non autorizzati e offrire la versatilità ai distributori di ottimizzare le caratteristiche e il prezzo nei diversi settori di mercato: ad esempio, riducendo al minimo i requisiti di memoria e permettendo la realizzazione di display LCD-TFT a basso costo.

Inoltre, i blocchi funzionali che supportano effetti grafici di elevate prestazioni, come la trasformazione prospettica, e il controllo incorporato multicanale per strumenti analogici convenzionali tramite motore passo-passo, sono caratteristiche importanti che aiutano a creare un controller multifunzione robusto e adatto allo scopo.

Lancette chiare

La resa grafica della lancetta in uno strumento virtuale è un compito complesso, dal momento che il risultato finale deve essere realistico e piacevole alla vista per essere accettabile nel mercato dell’autoveicolo (Figura 2). Occorre ad esempio evitare effetti stroboscopici indesiderati che possono distrarre il guidatore, inducendo a spiacevoli confronti con gli strumenti tradizionali. Toshiba ha superato questo problema con la funzione di compensazione stroboscopica brevettata nei microcontroller multifunzione Capricorn-Bt0/1, progettati in modo specifico per i quadri di bordo più avanzati. La compensazione stroboscopica si basa su un blocco hardware di rotazione della mappa di bit, che gestisce la sovrapposizione della lancetta ruotata su uno sfera dallo sfondo grafico con risoluzione angolare fino a 0,1°. Un algoritmo di filtraggio è implementato per ottimizzare l’aspetto del puntatore.

I microcontrollori Capricorn comprendono inoltre interfacce di controllo integrate per motori passo-passo, con la possibilità di supportare progetti che combinano effetti grafici avanzati con i tradizionali strumenti analogici fisici.

 Figura 2. Rotazione della lancetta in sovrimpressione.

 All’interno del motore grafico

Per aiutare a mantenere sotto controllo i costi complessivi di sistema e offrire versatilità ai costruttori al fine di differenziare i prodotti nei diversi settori di mercato, alcuni dei microcontrollori moderni offrono speciali caratteristiche che aiutano a minimizzare i requisiti di memoria e ad aumentare le prestazioni quando è collegato un display a basso costo.

Un tipico microcontrollore per strumenti grafici può integrare un motore grafico 2D ad alte prestazioni con un sistema di controllo della temporizzazione (Timing Control, TCON). Il modello Capricorn-Bt1 di Toshiba possiede un controller con display grafico (GDC) a due uscite e supporto TCON, mentre il Capricorn-Bt0 fornisce un’opzione più economica con un GDC a singola uscita. Il motore grafico presente al cuore di ciascun dispositivo offre prestazioni 2.5D con supporto di funzioni come la distorsione (warping), blitting con fusione alfa, rotazione, scala, disegno ed effetti speciali come la trasformazione prospettica (Figura 3). La capacità di supportare una grafica con informazioni sulla profondità, utilizzando la trasformazione prospettica, permette funzioni tipiche di uno smartphone come la visualizzazione tridimensionale cover-flow con effetti di specchiatura.

  Figura 3. Il supporto alla grafica 2.5D con trasformazione della prospettiva permette una comunicazione visiva più chiara e caratteristiche 3D come i “cover flow”.

Per aiutare a ridurre i costi dei materiali, i dispositivi Capricorn-Bt0/1 utilizzano un motore PNG, mantenendo al minimo la richiesta di memoria. Il GDC e l’acceleratore grafico (GA) possono leggere dati nativi in formato PNG sia dalla memoria interna che da quella esterna realizzata con Flash-ROM o RAM. Ciò consente al sistema di decomprimere al volo le immagini PNG e visualizzarle come sfondo senza richiedere una memorizzazione intermedia. Oltre a ridurre la richiesta di spazio di memorizzazione locale, libera anche la banda di memoria sull’intero percorso di elaborazione delle immagini. 

Capricorn-Bt0/1 offre l’esclusiva unità di dithering MagicSquare™, che effettua un dithering spaziale e temporale per ottenere una migliore profondità di colore. Ciò permette di collegare un display a basso costo dotato, ad esempio, di una risoluzione di colore a 18 bit e ottenerne una prossima a 24 bit. La funzione MagicSquare ha dimostrato di poter offrire un miglioramento importante delle prestazioni visive, come verificato durante alcune prove svolte dai principali costruttori automobilistici, generando una grafica chiara e precisa con un contrasto migliorato.

Un’interfaccia a doppio display è un requisito sempre più comune nella moderna strumentazione di bordo. Questa ha lo scopo di controllare il display del principale quadro strumenti e anche un secondo display che può essere montato in aggiunta nel quadro strumenti o in alternativa utilizzato per fornire informazioni grafiche a un display a sovrimpressione (Head-Up Display, HUD). Questa caratteristica sta oggi prendendo piede in alcuni veicoli di fascia alta e mostra al guidatore alcune informazioni di base come la velocità istantanea senza che debba distogliere lo sguardo dalla strada.

Sicurezza automobilistica

Per garantire la sicurezza, il controller della strumentazione deve fornire un’efficace protezione da minacce come gli accessi non autorizzati e la manipolazione del software. Microcontrollori come i dispositivi Capricorn e altri offrono questa sicurezza grazie all’estensione SHE (Secure Hardware Extension) definita dal consorzio Hersteller Initiative Software (HIS) che comprende i principali produttori del settore automobilistico. Implementata su chip come modulo hardware, SHE fornisce una sicurezza intrinsecamente più robusta degli approcci basati su software adottati in alcuni microcontrollori di tipo general-purpose.

Poiché i costruttori di automobili devono affrontare la sfida di creare nuove attraenti interfacce utenti, allo stesso livello di quelle diventate le norma in smartphone e tablet, mostrando maggiori informazioni utili al guidatore in un formato chiaro e user-friendly, gli strumenti grafici adattativi e sensibili al contesto promettono una soluzione altamente efficiente e conveniente in termini di costi.

Un microcontroller multifunzione dotato di un motore grafico ottimizzato per la specifica applicazione, funzione di doppio display, sicurezza conforme agli attuali standard e driver incorporati per motori passo-passo, che ha la possibilità di controllare gli strumenti tradizionali oltre che gli strumenti grafici avanzati, fornisce l’integrazione di caratteristiche e la versatilità che permetterà alla strumentazione grafica di diventare più ampiamente diffusa. Altre funzionalità a valore aggiunto, come la trasformazione prospettica, possono migliorare l’esperienza dell’utente ed aiutare ad incoraggiare l’adozione sul mercato di questa nuova tecnologia grafica.

a cura di Klaus Neuenhüskes, Toshiba Electronics Europe