SCADA, АСУ ТП, контроллеры – основная тематика журнала «ИСУП»
Журнал «Информатизация и Системы Управления в Промышленности» публикует тематические материалы посвященные SCADA, АСУ ТП, контроллерам, автоматизации в промышленности.

Графические контроллеры Kontron

В статье рассмотрены графические контроллеры марки Kontron, предназначенные для подключения ЖК-панелей к различным встраиваемым системам, в том числе и через аналоговый выход VGA.

ЗАО "РТСофт", г. Москва

RTSoft_new_Site.gif

Компания Kontron получила широкую известность не только как лидер рынка ВКТ, но и как поставщик со сбалансированным продуктовым предложением, которое охватывает множество прикладных областей и содержит разнообразные вспомогательные изделия. В настоящей статье рассмотрены графические контроллеры марки Kontron, предназначенные для подключения современных ЖК-панелей к различным встраиваемым системам, в том числе и через аналоговый выход VGA.


Три пути

Организовать взаимодействие встроенной платы с дисплеем можно тремя различными способами, предполагающими использование различных наборов аппаратных и программных средств и предназначенных для разных практических ситуаций. Рассмотрим эти способы более подробно.

В первом случае ЖК-панель подключается посредством кабеля JIPA или JILI. Данный способ сочетает в себе простоту и удобство. Интеллектуальные интерфейсы JIPA и JILI обеспечивают распознавание типа подключенного дисплея, и соответствующие этому типу видеопараметры выставляются автоматически. Это не только освобождает разработчика от трудоемкого ручного конфигурирования, но и защищает от ошибок, обусловленных человеческим фактором.

Второй способ - это кабель JIPA или JILI плюс видеокарта на шине AGP или PCI. Выбрав такой метод подключения, пользователь получает мощную подсистему визуализации, которую он впоследствии, если потребуется, сможет заменить на еще более мощную. 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.

Вариант номер три предполагает использование комбинации из аналогового модуля-адаптера и видеокабеля (FLEX32, FLEX50, JILI40, JILI40 или др.). Основным входным видеоинтерфейсом в этом случае является стандартный 15-контактный порт RGB, который широко используется по всему миру. С технической точки зрения третий метод очень удобен, 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 произведения каких-либо действий с БИОС. 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 разрешениях VGA, SVGA, XGA, SXGA и UXGA. Получая сигналы DVI, NTSC и 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 подсоединения разнообразных дисплеев типа TTL и LVDS.


Цифровая серия dFLAT: встраиваемые видеокарты

Разработчикам встраиваемых систем сегодня доступна масса средств визуализации. Качество изображения, обеспечиваемое плоскопанельными дисплеями, неуклонно растет, а их ассортимент расширяется. Еще одной тенденцией последнего времени является увеличение доли высокоразрешающих ЖК-панелей с интерфейсом DVI. Линейка dFLAT стала ответом на эту рыночную ситуацию.

На данный момент к серии dFLAT относятся два продукта: dFLAT-AGP-1 (быстрая современная видеокарта с шиной AGP) и PC/104 VGALCD-6 (графический модуль, реализованный в конструктиве PC/104). Отличительной чертой dFLAT является высокая производительность, обусловленная применением современных 3D-чипов, а также большой пропускной способностью шины AGP.

pic1.jpg
Рис. 1. Ведеокарта dFLAT-AGP-1 имеет до 64 Мбайт памяти, работающей на частоте 200 мГц, 
поддерживает два канала  LVDS и выполнена на базе графического процессора ATI RadeonMobility

Видеокарта dFLAT-AGP-1 (рис.1) выполнена на базе мощного чипа ATI Radeon Mobility, поддерживает TFT-панели, имеет два канала LVDS и способна осуществлять параллельный независимый вывод на два разных дисплея (возможные комбинации: ЖК + ЭЛ и DVI + ЭЛ). Объем бортовой памяти DDR, 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.

Для разработчика наиболее важными характеристиками dFLAT-AGP-1 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, поддерживаются разрешения до 800 x 600 (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 обеспечиваемый им доступ ко вселенной PC/104. Иными словами, этот модуль совместим с огромной массой других продуктов, соответствующих стандарту PC/104, и плат-носителей, снабженных соответствующими разъемами. Второе важнейшее свойство данного продукта, представляющее интерес для разработчиков встраиваемых приложений - наличие интегрированной поддержки плоских дисплеев.


Аналоговая серия aFLAT: подключаем ЖК-панель к выходу VGA

Когда у встраиваемой системы наличествует лишь один аналоговый видеовыход, на выручку приходит серия aFLAT, образованная модулями CRTtoLCD. Модули CRTtoLCD по сути видеоадаптеры, конвертирующие аналоговые сигналы RGB и DVI в форму, понятную жидкокристаллическим TFT-дисплеям (TTL или LVDS). Представители данной продуктовой линейки могут пригодиться в тех случаях, когда очень желательно использовать ЖК-панель, но центральный компьютер выдает графический сигнал VGA и/или DVI. Спектр прикладных задач, где могут найти применение CRTtoLCD, чрезвычайно широк, поскольку эти адаптеры 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 совмещают в себе функции АЦП, приемника TMDS, трансмиттера LVDS и сенсорного контроллера, что способствует упрощению и удешевлению конечных систем, а также сокращению периода их разработки.

pic2.jpg
Рис. 2. Устройство информационного терминала, созданного с использованием технологии CRTtoLCD.
Модуль CRTtoLCD находится наверху, сразу за TFT-панелью, а в основании стойки, которое выполняет функции "системного блока", расположена материнская плата. Внутри стойки проходит обычный CRT-видеокабель.

Модули CRTtoLCD рассчитаны на применение в медицинской технике, игровых автоматах, кассовых аппаратах и информационных терминалах. Возможная конструкция такого терминала изображена на рис.2. В основание помещается материнская плата от самого обычного компьютера “настольного” класса, имеющая порт электронно-лучевого монитора. Внутри стойки проходит видеокабель, один конец которого подключен к этому интерфейсу, а другой - к модулю CRTtoLCD. Последний, как можно понять из его названия, занимается тем, что преобразует аналоговый CRT-сигнал в формат TFT-панели. 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, выполнены на основе чипов Genesis gm5020 / gm5060 и используют внешние буферы кадров. Последние необходимы в тех случаях, когда бортовая 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 до UXGA включительно и 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 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). Опционально изделия CRTtoLCD-2/3 комплектуются 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, что Kontron гарантирует его долгосрочную доступность: разработчики решений на основе CRTtoLCD-1-LC могут не беспокоиться о том, что завтра этот модуль будет внезапно снят с производства.

Имея на борту чип Genesis gmZAN2, модуль CRTtoLCD-1-LC способен осуществлять вывод на TFT-панели в разрешениях до SXGA. Предусмотрено питание ламп подсветки и возможность 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 вынуть свой старый Smartpanel и поставить на его место современный модуль производства Kontron, благо форма и размеры Samsung Smartpanel и CRTtoLCD-6-SM полностью совпадают (поддерживаются плоские панели Sharp, Samsung и других производителей). 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. Опционально доступны сенсорное управление и внешний клавиатурный конфигуратор. Поддерживаются TFT-панели с разрешениями до SXGA. Специалисты 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 продуктом для тех разработчиков, у которых есть существующие решения на базе Samsung Smartpanel.

pic3.jpg
Рис. 3. Внешний вид модуля CRTtoLCD-5, 
позволяющего подключать современные TFT-ДИСПЛЕИ (TTL и LVDS).
К выходам RGB/DVI.Используется чип Genesis gm5621

Недавно линейка aFLAT пополнилась новым продуктом, получившим название CRTtoLCD-5 (рис.3). 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, подверглись у CRTtoLCD-5 значительным улучшениям, 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, 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 RS-232.

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 жизненный цикл, мощную программную поддержку и позволяют подключать дисплеи разных производителей. Наконец, благодаря модулям CRTtoLCD, у разработчиков появляется возможность использовать современные жидкокристаллические панели в тех случаях, когда встроенная плата имеет только выход VGA.


Кабельная серия KAB: интерфейсные решения JIPA, JILI и др.

К серии KAB отнесены кабельные решения, предлагаемые компанией “Kontron” для своих графических модулей (KAB-JIPA, KAB-JILI, KAB-FLEX32, KAB-JILI40 и KAB-JILI30). Поддерживаются жидкокристаллические панели таких производителей, как Sharp, NEC, AU Optronics, Hitachi, Toshiba, Samsung, Chimei, Fujitsu, LG.Philips, IDTech и Torisan. Какой бы плоский дисплей ни выбрал клиент, у Kontron наверняка найдется подходящий видеокабель.

Говоря о преимуществах, которые получает разработчик, решивший использовать продукцию компании Kontron, следует особо отметить технологии JILI и JIPA - интеллектуальные интерфейсы, обеспечивающие автоматическое определение типа подключенного дисплея и делающие ненужным адаптацию БИОС. 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.


Встраиваемые компьютеры uFLAT: “тонкие” решения для мобильных приложений

Встраиваемые компьютеры серии uFLAT создавались с учетом особенностей портативных терминалов, контрольно-измерительного оборудования, больничных телевизионных и интернет-терминалов и другой аналогичной мобильной техники. 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, на больших складах, где они будут подключены к офисным ПК и принтерам по беспроводной сети в любой момент времени и в любом месте.

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 National 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 карточки, обеспечивающие подключение к беспроводным сетям Bluetooth и WLAN, промышленным шинам типа CAN и др. Для питания ePanel-mgx подходят самые разные 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 вентиляторов, занимает очень мало места, обладает широкими возможностями по вводу-выводу и построен на базе процессора с системой команд x86. Этот продукт хорош для организации управления складами, зданиями и информационно-развлекательных систем.
pic4.jpg
Рис. 4. Так выглядит "тонкий" встраеваемый компьютер e-Panel-C3, ориентированный на мобильные приложения. Чипсетом служит набор микросхем VIA CLE266/VT8235 с интегрированным декодером MPEG-2, роль ЦП играет процессор VIA Eden,тактовая частота которого может достигать 1 ГГц. Компьютер оснащен портом локальной сети, интерфейсами USB, последовательными портами, сенсорным контроллером, видеопамятью объемом до 64 Мбайт и слотом Mini-PCI (опционально).

Высокопроизводительная модель ePanel-C3 (рис. 4) также обладает малыми размерами и размещается за жидкокристаллическим экраном. Данный компьютер оснащается процессором VIA Eden с тактовой частотой 1ГГц, 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. Поддерживаются разрешения до UXGA и панели типа TTL и LVDS, а также стандарты USB 2.0 и Ultra DMA. В наличии - аппаратный декодер DVD / MPEG 2, большая графическая память (до 64 Мбайт) и опциональный слот расширения Mini-PCI. Прочие характеристики ePanel-C3 и ePanel-mgx совпадают.

Компания “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.


Больше контроллеров, хороших и разных!

Ассортимент графических решений Kontron, которые пользуются у клиентов этого холдинга неизменным успехом, продолжает расширяться. Уже совсем скоро 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 до WUXGA, формат кадра 16:9 и обеспечивать высокое качество статических и динамических изображений (технология фирмы Faroudja). Не забыты и разработчики низкостоимостных систем: им адресован продукт CRTtoLCD-6 (чип Genesis gm2621, максимальное разрешение SXGA), который имеет только выход LVDS (интерфейс JILI-40 & KAB-JILI30).

О том, как сложится судьба серий dFLAT, aFLAT и uFLAT в более отдаленной перспективе, говорить пока рано. Однако положение лидера индустрии ВКТ обязывает, и потому холдинг Kontron, несомненно, выпустит еще немало графических решений, адресованных разным приложениям и призванных помочь разработчикам в удовлетворении требований конкретных задач. Как и сегодня, в будущем клиенты Kontron смогут осваивать современные технологии визуализации с минимальными затратами времени, денег и сил.

Статья опубликована в журнале «ИСУП», № 1(9)_2006

А.В. Якименко,
ЗАО "РТСофт", г. Москва, 
тел./факс: (495) 742-6828, 967-1505, 
e-mail: rtsoft@rtsoft.ru