Интерфейсы средств индикации

Опубликовано в номере:
PDF версия
Устройства графического отображения информации, модули ЧМИ уже давно нашли применение в автоматизированных комплексах и системах. Шкафы управления, операторские панели сегодня сложно представить без основного окна коммуникации между пользователем и автоматикой — без монитора. При выборе компонента отображения перед специалистами всегда стоит вопрос упрощения инженерных разработок в проекте и оптимизации издержек, особенно остро — в высокосерийных повторяющихся проектах. Обычно проектировщики останавливаются на более простых в плане интеграции решениях с интерфейсами VGA и DVI, реже HDMI. Эта статья предлагает классификацию интерфейсов средств индикации, а также описывает проблемы, с которыми сталкиваются разработчики, выбирая устройство отображения. Кроме того, будут рассмотрены предполагаемые решения этих, порой непростых инженерных задач.

Введение

В статье пойдет речь об индустриальном и коммерческом сегментах дисплеев. Их подробное описание и сравнение характеристик дано в материале, опубликованном в одном из прошлых номеров журнала «Control Engineering Россия» [1]. Для правильного понимания таких терминов, как «дисплей» и «монитор», рекомендую ознакомиться с упомянутой публикацией.

Для начала уточним, что дисплей, он же TFT-модуль/панель/матрица, — это лишь функциональный узел, отвечающий только за отображение информации. В то же время монитор — устройство более высокого уровня, с привычными для нас интерфейсами (VGA/DVI/HDMI), корпусом, OSD-панелью управления.

Что касается разделения «коммерческий/индустриальный», то условимся так: «коммерческие» TFT-модули — продукт для изделий массового спроса, в частности бытовой техники, мобильных устройств, телевизоров. Этому сегменту матриц свойственна высокая серийность, крайне низкая стоимость и весьма короткий срок нахождения в производстве. TFT-модули индустриального класса, напротив, стабильно изготавливаются 3–5 лет и больше, и зачастую, но не всегда имеют расширенные эксплуатационные параметры, а перед снятием их с производства обычно анонсируется модель-«преемник», близкая по характеристикам. В свою очередь, стоимость данного сегмента TFT-матриц заметно выше коммерческого класса. В дальнейшем разговор пойдет преимущественно об индустриальном сегменте матриц.

Рис. 1. Статистика eDP/LVDS/CMOS

 

Основные игроки

Самыми распространенными интерфейсами управления TFT-матриц считаются CMOS, MIPI и LVDS. CMOS является весьма популярным для индустриального сегмента, но при этом используется в TFT-модулях с небольшим разрешением (до 800×480 пикселей), а MIPI — интерфейс преимущественно коммерческого мобильного сегмента. Поэтому далее мы будем рассматривать стандарт LVDS и коснемся ныне набирающего популярность интерфейса eDP (рис. 1).

 

Нетрадиционный LVDS

Многие разработчики всячески стараются избежать использования LVDS при дизайне проектов и делают это небезосновательно. По данному стандарту можно управлять 6-, 8-, 10-битным цветом. Также LVDS позволяет управлять матрицами как с RGB-, так и с RGBW-пикселем. Кроме того, есть модификации стандарта dual LVDS и V-by-One HS (для управления дисплеями с высоким разрешением). Столь высокая вариативность интерфейса, с одной стороны, дает специалистам множество возможностей для реализации поставленных технических задач, с другой — сильно затрудняет работу с ним в силу малой стандартизованности интерфейса.

Отдельной проблемой можно назвать отсутствие каких-либо стандартов в пиновке разъема в целом, да и выбор самого разъема в частности. Каждый производитель дисплейных модулей волен самостоятельно выбирать тип подсоединяемого коннектора и расположения контактов на нем. Из-за этого подключение TFT-матриц требует высокой степени кастомизации.

 

Контроллер преобразования интерфейсов

Зачастую в применениях, не нуждающихся в особой корпусной защите устройства вывода графической информации (например, средство отображения должно быть встроено в стенку шкафа управления автоматикой), можно сократить производственные издержки, выбрав как раз дисплей с управлением по LVDS.

Предположим, в шкафу находится некий Box-PC, информацию с которого разработчик должен вывести на устройство отображения в стенке шкафа. Разработчик ограничен в бюджете и для сокращения затрат решает не переплачивать за готовый монитор, а воспользоваться более дешевым вариантом — TFT-матрицей с LVDS-интерфейсом. В таком случае незаменимой станет плата преобразования интерфейсов с привычного VGA/DVI на LVDS.

Производители плат преобразования интерфейсов, такие как Forenex, ICS Components и др., кроме самих контроллеров поставляют также необходимые аксессуары и кабели соединения всех узлов комплекта, причем делают это комплексно. В комплекс входят LED-драйверы, OSD-контроллеры, сенсорные экраны. Подобный способ избавляет разработчика от множества проблем, сокращая конечную стоимость устройства отображения до 30% по сравнению с готовым индустриальным монитором.

Однако у такого решения не может не быть недостатков. Главными минусами являются не самое удобное крепление матрицы (у TFT-панелей чаще всего монтажные отверстия находятся в торцах модуля) и компонентов и большое количество кабелей, находящихся в шкафу (рис. 2).

Рис. 2. Структурная схема подключения TFT-модуля

 

VGA/DVI vs. LVDS

Значительно меньшую конструктивную проблему представляет собой использование в качестве управляющего дисплеем сигнала LVDS напрямую с компьютера.

Производители одноплатных компьютеров нередко устанавливают на своем устройстве отдельный LVDS-интерфейс под TFT-матрицу. Таким образом, главная задача, лежащая на плечах разработчика, — поиск необходимого кабеля для подключения двух узлов. Подобные кастомизированные кабели любой длины и пиновки смогут за относительно небольшие деньги сделать азиатские производители дисплейной периферии.

 

Дальше нас ждет eDP

Стандарт eDP (Embedded Display Port) относительно новый, о нем заговорили только в 2010 г. eDP был разработан как альтернатива интерфейсу LVDS и стремительно завоевал популярность в сегменте коммерческих ноутбучных матриц. Довольно быстрое развитие eDP в этом сегменте TFT-модулей вызвано сразу несколькими факторами, главный из которых — битрейт, приходящийся на сигнальную пару. По сравнению с классическим LVDS-каналом он выше в 2–3 раза: до 21,6 Гбит/с вместо 7,5 Гбит/с у LVDS. Соответственно, для передачи одной и той же картинки eDP потребуется меньшее количество сигнальных пар, а значит, весь соединительный тракт упрощается. Кроме того, eDP считается более помехозащищенным и менее энергопотребляющим интерфейсом.

Стремительно покорив рынок коммерческих ноутбучных TFT-матриц, eDP замедлился в своем внедрении в другие сегменты дисплейных продуктов, однако продвигается и в них. Не стал исключением и сегмент индустриальных матриц. «Топовые» производители индустриальных TFT-модулей уже серийно выпускают дисплеи, управление которыми осуществляется по eDP. На данный момент таких TFT-матриц на рынке найдется всего пара десятков штук, но если взглянуть в «роадмапы» изготовителей индустриальных дисплеев, то можно сказать, что есть положительная тенденция увеличения доли стандарта eDP по отношению к LVDS. Конечно, LVDS еще долго будет присутствовать на рынке и вряд ли полностью себя изживет, но в ближайшие несколько лет eDP будет определенно его теснить.

Со временем и производители одноплатных компьютеров будут все чаще закладывать eDP-стандарт в базовую комплектацию своих девайсов. Сейчас эта функция преимущественно является опциональной, за разработку которой компании-изготовители чаще всего требуют дополнительную плату.

В заключение можно сказать, что в недалеком будущем мы увидим размытие границ между готовым монитором и дисплеем как узлом отображения информации. Во многом этому поспособствует развитие стандарта eDP.

Литература
  1. Рахман Т. Цветная эволюция. TFT-модули в промышленной электронике. Часть 1 // CONTROL ENGINEERING Россия. 2015. № 1.
  2. Wiley C. The New Generation Digital Display Interface for Embedded Applications // DisplayPort Developer Conference. Westin Taipei. December 6, 2010.
  3. www.vesa.org
  4. LVDS Application and Data Handbook. www.ti.com/lit/ug/slld009/slld009.pdf
  5. www.en.wikipedia.org/wiki/DisplayPort

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *