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标题: 基于FPGA的DSP嵌入系统及其在平板显示器中的应用（2） [打印本页]

作者: 我是MT 时间: 2015-11-6 19:44 标题: 基于FPGA的DSP嵌入系统及其在平板显示器中的应用（2）

由此可以说，因为FPGA是极高并行度的信号处理引擎，能够满足算法复杂度不断增加的应用要求，通过并行方式提供极高性能的信号处理能力。Xilinx的XtremeDSP模块，如图3(b)所示，使得Sparten3系列FPGA可以为高性能的数字信号处理提供理想的解决方案，达到传统上由ASIC或ASSP完成的高性能信号处理能力。可以针对数字通信和视频图象处理等应用开发高性能的DSP引擎，也可在可编程DSP系统中作为预处理器或协处理器等。
由于嵌入式18×18乘法器(最多104个)适应DSP应用中的众多的功能。提高了操作数输入、中间积和累加器输出的可编程流水线操作。
在复杂算法的数字处理系统中，系统要求的不断提高和集成规模的不断扩大，使得系统结构在设计的开始阶段是不明确的，不可能直接用RTL(寄存器转移级)设计方法进行描述，所以将系统集成到数字芯片中。
采用数字技术对复杂算法进行硬件实现时，首先遇到的问题是在结构上并没有预先的规定，因此需要首先对算法建模和仿真进行优化。与基于RTL针对结构清晰的设计方法不同，算法设计把焦点从针对结构的细节转移到对设计的整体要求和行为，在最高的算法层次上考虑如何进行设计，对系统的行为描述定义了设计要执行的算法，不涉及或很少涉及实现细节，因此行为描述比RTL描述要简洁的多。
易用的DSP设计流程所示，糸统产生器的DSP设计环境，包含了系统数学建模、算法优化和改进、设计校验和诊断及HDL产生和仿真等。而综合DSP设计服务包括DSP设计等级、现埸工程服务。
3、Spartan-3系列器件在平板显示器中的应用
由于低成本和全功能的结合Spartan-3系列器件特别适合用于实现各种数字消费类系统。使Spartan3器件在平板显示器市场应用中极具吸引力，即Spadan-3器件得到广泛应用的一个市场就是平板显示器(FPD)市场，它是新潮流，值以此为例介绍。
首先要说明的是平板显示器是新型消费类电视中增长最快的部分，其市场上有三种平板显示器，即LCD、等离子和投影电视(DLP)。
3.1 Spartan-3芯片在平板显示器(FPD)应用中的价值
Spartan-3 FPGA提供了FPD系统设计人员非常有用的各种功能。包括能够高效实现DSP功能的嵌入式乘法器;在实现流水线或多通道功能时能够支持高性能并减少资源利用率的移位寄存器;大量的存储器资源;以及对显示器市场普遍使用的差分I/O标准的内在支持，那Spartan-3芯片功能在平板显示器(FPD)应用中的价值是什么，即Spartan-3的各种功能及其在实现DSP时的用途。
*Spartan-3芯片功能在平板显示器(FPD)应用中的价值：
嵌入式乘法器，能有效实现MAC(媒体存储控制) FIR滤波器和其它DSP功能;
移位寄存器逻辑，能有效实现多通道功能;
BlockRAM和分布式RAM，为视频线缓冲器，高速缓存标志存储器，用于DSP系数的便笺式存储器、数据包、缓冲器、FIFO;
对RSDS的内置支持，为无终端电阻的RSDS支持及其它特殊设计考虑之用。
*只有了解FPGA在FPD系统中究竟有是那些典型应用，才能将Spartan-3芯片可以以各种方式应用于FPD设计之中。
3.2 FPGA在FPD系统中典型应用分析：
3.21前端预处理
在数字RGB信号馈入到主图像处理引擎之前，通常需要进行某种预外珲。这种预处埋可以是离散余弦变换、解密、或者是交叉/解交叉。通常FPGA呈与客户的图像处理ASIC或ASSP结合使用，一个普遍用途是在图像缩放和解交叉过程中辅助ASSP。
3.22核心处理
尽管核心图像处埋通常是由标准ASSP或定制ASIC完成，但有时也使用FPGA进行定制处理.这些功能实例包括：Y校正、图像缩放、边缘检测、尖锐度、对比度和帧缓冲器。有了Spartan-3器件提供的这些性能，可以在最小的芯片面积上实现多种功能。可以使用的某些专项技术，包括：色空间转换器、JPEG多媒体数字信号编解码器、离散余弦变换器及MPEG视频编码器/解码器。
可以多次使用FPGA与屏幕或者外部存储器进行接口.Spartan-3支持小摆幅差分I/O标准(如RSDS) ，也支持其它单端标准(如SSTL/HSTL) ，因而它可以在这些应用中进行使用。
FPGA也可以用于实现时序控制单元(TCON，见图5所示)，来控制水平和垂直像素显示格式。TCON多少有点象一个垂直和水平显示器计数器。Spartan-3架构中的大量触发器和内置进位链可以有效实现这个功能。同样，由于具有充足的差分I/O通道，Spartan-3FPGA成为I/O密集型设计的有效架构。
4、结束语
Spartan-3E FPGA成为实现各种低成本数字消费类系统的理想器件.该DSP嵌入式系统具有几个共同的特性，即单一功能、软硬件共存、实时反应及严紧的限制. 目前Spartan-3E FPGA生产厂商己有Xilinx、Altera、Lattice等公司，本文仅以Xilinx公司的Spartan-3 FPGA为例作一说明。
在平板显示器系统中，由于仅占用竞争FPGA所需面积的一小部分就能实现高性能DSP，Spartan-3E架构更加高效有用。
到目前为止，Spartan-3 FPGA已成功地应用于平板显示器系统中来实现以下功能：
*SD/HD色空间转换;
*4：4：4 to 4：2：2缩减像素采样;
*数字RGB到USB读卡器功能;
*时序控制和板RSDS驱动器;
*图像压缩/解压缩
除上述之外，只要引入高性能、低成本的Spartan-3FPGA，就可以设计出用在大量数字消费品中的可编程逻辑，例如视讯转接盒、电缆调制解调器、HDTV、DVD-RW播放器、LCDTV、家庭多媒体服务器、家用网关及更多。

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