原標題：Mali-D71 與新一代顯示解決方案

Mali-D71 與新一代顯示解決方案詳解

在當前快速演進的圖像顯示技術領域，ARM 的 Mali-D71 顯示處理器正逐漸成為下一代高性能嵌入式顯示系統的核心。Mali-D71 采用先進的 Komeda 顯示架構，專為高分辨率、低功耗和多顯示通路的應用設計。無論是智能手機、車載娛樂系統，還是增強現實（AR）與虛擬現實（VR）設備，該處理器都展示出了強大的性能優勢。本文將從 Mali-D71 的技術特性出發，結合優選元器件，對新一代顯示解決方案進行系統性的深入剖析，并給出推薦的電路框圖設計。

Mali-D71 核心特性分析

Mali-D71 是 ARM 推出的高性能圖像信號處理器，其基于 Komeda 顯示架構設計。該架構支持多路圖像合成、HDR（高動態范圍）、DSC（Display Stream Compression）等關鍵顯示技術，具有如下技術亮點：

• 支持 4K@120Hz 或雙 4K@60Hz 顯示輸出

• 支持 HDR10、HLG（Hybrid Log-Gamma）等 HDR 格式

• 集成 DMA 和高效緩存機制，提升系統帶寬利用率

• 多層 Overlay 和 Alpha Blending 功能，適合 GUI 和多窗口系統

• 支持 AFBC（ARM Frame Buffer Compression）圖像壓縮格式

• 全硬件數據路徑，縮短延遲，適用于需要極低時延的顯示場景（如 VR/AR）

在新一代圖像處理架構中，Mali-D71 允許多個 Pipeline 并行處理顯示流，能夠同時支持多路顯示輸出和硬件級合成，極大地降低了 CPU 和 GPU 的負擔。

Komeda 架構優勢解析

Komeda 架構是一種模塊化、可擴展的顯示處理單元架構。它由以下核心部分構成：

• Layer Processing Units（LPU）：可處理多個輸入圖層，包括圖層旋轉、縮放、色彩格式轉換、Alpha 混合等操作。

• Composition Processing Unit（CDPU）：對處理后的圖層進行最終合成，輸出至顯示接口。

• Display Control Unit（DCU）：控制最終幀的輸出時序和接口協議。

• Memory Interface Unit（MIU）：與主系統內存交互，負責圖像數據的搬運、緩存及壓縮處理。

這種架構的靈活性允許 Mali-D71 支持多種顯示通路配置，例如：

• 單 4K + 單 FHD 同時輸出

• 三個 Full HD 同時渲染并分別輸出

• 支持動態 Layer Allocation，運行時靈活調整資源分配

與傳統顯示處理器的對比

Mali-D71 明顯在圖層合成能力、壓縮處理、高動態范圍支持方面勝出，尤其適合多任務界面渲染與 3D 合成場景。

新一代顯示解決方案框架構建

為構建基于 Mali-D71 的新一代顯示解決方案，我們需配合多種高性能元器件共同構成一套完整系統。以下是推薦的元器件及其作用與選型理由。

1. 主控 SoC：NXP i.MX 8M Plus / Renesas R-Car V3H

• 作用：負責圖像處理、AI 分析及總線調度等核心控制任務

• 推薦理由：該系列 SoC 支持 ARM Cortex-A53 + Cortex-M4 架構，內嵌 Mali-D71，可原生支持顯示子系統，集成度高，適合構建低功耗高性能平臺

• 功能：運行操作系統、驅動圖形顯示系統、處理 UI 合成與視頻解碼

2. DDR4 SDRAM：Micron MT40A512M16LY-075E

• 作用：作為 Mali-D71 與系統的 Frame Buffer 緩沖區

• 推薦理由：支持高達 2400Mbps 的數據速率，容量 4GB 可滿足雙路 4K 顯示的帶寬需求

• 功能：用于圖像幀緩存、DMA 數據中轉、Overlay 圖層渲染

3. 電源管理芯片：ROHM BD71847AMWV

• 作用：為主控 SoC、DDR、Mali-D71 提供穩定電源

• 推薦理由：專為 i.MX 系列 SoC 設計，支持多通道輸出和可編程供電時序

• 功能：提供 VDD_SOC、VDD_DDR、VDD_GPU 等供電

4. HDMI 接口芯片：Lontium LT86101SX

• 作用：將 Mali-D71 的并行 RGB 或 MIPI-DSI 輸出轉換為 HDMI 接口，適配電視或顯示器

• 推薦理由：支持 4K@60Hz HDMI 2.0 輸出，內置 HDCP、EDID 管理

• 功能：用于視頻信號輸出至外接大屏或顯示設備

5. MIPI DSI 驅動芯片：Texas Instruments SN65DSI86

• 作用：MIPI DSI 轉 eDP（用于高分辨率筆記本屏）

• 推薦理由：支持最高 4-lane DSI 接口，分辨率可達 2560x1600 @60Hz

• 功能：為便攜式高分屏提供信號輸出接口

6. EEPROM 配置芯片：Microchip 24LC128-I/SN

• 作用：存儲初始化參數、屏幕校準數據等非易失性信息

• 推薦理由：低功耗、I2C 接口易于集成，128Kbit 足夠使用

• 功能：用于記錄設備唯一參數、顯示校準 LUT 等

7. 電平轉換器：TI TXB0108PWR

• 作用：用于不同電壓域間的信號轉換（如 1.8V 與 3.3V）

• 推薦理由：自動方向感應，適合 I2C、SPI 等多種接口

• 功能：保障主控與外圍器件間信號兼容

8. 屏幕觸控控制器：Goodix GT911

• 作用：采集用戶觸控輸入，常用于電容觸控屏

• 推薦理由：支持多點觸控、抗干擾能力強、驅動成熟

• 功能：為 GUI 提供用戶交互入口

電路系統框圖設計

以下為該顯示系統的推薦電路框圖結構：

[Power In]--->[PMIC: BD71847AMWV]--->|--> SoC: i.MX8M Plus (含 Mali-D71)
                                      |--> DDR4: MT40A512M16LY
                                      |--> EEPROM: 24LC128
                                      |--> Level Shifter: TXB0108
                                      |--> Touch IC: GT911
                                      |--> HDMI TX: LT86101SX
                                      |--> MIPI to eDP: SN65DSI86

此架構中的 Mali-D71 作為 SoC 的內部子模塊，與 DDR4 配合完成圖像合成與幀緩存工作；顯示輸出通過 HDMI 和 MIPI DSI 接口擴展適配多種類型屏幕。

系統設計優勢

• 高分辨率支持：雙路 4K 輸出，滿足未來高像素顯示需求

• 高集成低功耗：主控 SoC 內嵌 Mali-D71，避免獨立 GPU 帶來的功耗提升

• 強兼容性：支持 HDMI、MIPI、eDP 等多種輸出協議，靈活適配應用場景

• 擴展性強：支持多種外設掛載，如觸控屏、Sensor、AR 模組等