使用低成本FPGA硬件和IP方案加速顯示器設(shè)計(jì)

不久以前，高清平板電視對(duì)普通消費(fèi)者來(lái)說(shuō)還是一個(gè)奢侈品。而現(xiàn)在，大多數(shù)一般收入家庭去購(gòu)買(mǎi)一臺(tái)高清平板電視已非難事。應(yīng)對(duì)這一變化，面板廠家正在擴(kuò)大產(chǎn)能去迎合市場(chǎng)需求并且鼓勵(lì)更多的人去購(gòu)買(mǎi)這一顯示設(shè)備。

市場(chǎng)研究公司iSuppli預(yù)計(jì)，在世界范圍內(nèi)，液晶和等離子(PDP)電視的出貨量將從2,000萬(wàn)臺(tái)(2004年)增長(zhǎng)到接近9,000萬(wàn)臺(tái)(2009年)。隨著技術(shù)和顯示尺寸的擴(kuò)展，這些平板顯示設(shè)備正在替代傳統(tǒng)的陰極射線管(CRT)顯示設(shè)備，甚至即使在同樣的顯示尺寸上，前者的價(jià)格還要稍高于后者。

較高的清晰度、優(yōu)秀的色彩還原能力、最小的數(shù)字運(yùn)動(dòng)失真，這些都是消費(fèi)者追求的性能。這些指標(biāo)讓消費(fèi)者將不同的平板顯示模式區(qū)分開(kāi)來(lái)，在特定的屏幕尺寸上，具有這些特性的產(chǎn)品的售價(jià)可以高于那些最低的入門(mén)級(jí)產(chǎn)品。

一些公司將自己在圖像增強(qiáng)技術(shù)方面的獨(dú)門(mén)絕技標(biāo)明在產(chǎn)品上，因此就可以將自己的產(chǎn)品賣(mài)得稍貴一些。如果你不想投入大量的資本和資源就想為你們公司的產(chǎn)品劃算的開(kāi)發(fā)、測(cè)試、制造這樣的性能，從而也獲得更高的利潤(rùn)。世界上有這樣的好事嗎?回答是肯定的，賽靈思與其合作伙伴已經(jīng)開(kāi)發(fā)了完整的解決方案套件幫你實(shí)現(xiàn)這樣的目標(biāo)。

該解決方案可以讓顯示設(shè)備的開(kāi)發(fā)者加快產(chǎn)品的面市時(shí)間。其包括了一個(gè)基于FPGA的低成本顯示設(shè)備解決方案板，以及幾個(gè)先進(jìn)的視頻/圖像處理IP內(nèi)核，以加速你的功能豐富的平板顯示設(shè)備的設(shè)計(jì)。顯示設(shè)備解決方案板中包括一個(gè)低成本的最佳邏輯的90nm FPGA器件和存儲(chǔ)器，并且提供了全面的連通性，支持和顯示面板以及視頻調(diào)諧板的連結(jié)。

為什么需要在顯示設(shè)備的應(yīng)用中使用FPGA?

集成更多的功能、需求更多的服務(wù)、支持更多的標(biāo)準(zhǔn)、要求越來(lái)越快的面市時(shí)間，數(shù)字顯示產(chǎn)品的設(shè)計(jì)者不斷地被置于這樣的壓力之下。ASIC供應(yīng)商能提供定制芯片滿(mǎn)足你所需的功能，但是他們也許會(huì)花費(fèi)超過(guò)一年的時(shí)間去開(kāi)發(fā)日益復(fù)雜的視頻/圖像處理器，由此你將在制作過(guò)程中承受巨大的NRE費(fèi)用。

盡管有許多由Pixelworks、Genesis、Trident、Philips和ST這樣的半導(dǎo)體供應(yīng)商提供的專(zhuān)用標(biāo)準(zhǔn)部分(ASSP)解決方案可供使用，但它們卻不允許顯示設(shè)備制造商生產(chǎn)自身專(zhuān)有的用來(lái)獲取額外利潤(rùn)的功能。而可編程的解決方案既可以彌補(bǔ)ASIC解決方案的不足，因?yàn)樗梢愿l繁的對(duì)整個(gè)系統(tǒng)做出改善;而通過(guò)生產(chǎn)差異化的產(chǎn)品，它也可以彌補(bǔ)ASSP解決方案的不足。這樣的差異來(lái)自所采用的圖像增強(qiáng)技術(shù)的形式，來(lái)自外圍設(shè)備接口、存儲(chǔ)接口或者連通性，甚至來(lái)自例如GPIO擴(kuò)展這樣的簡(jiǎn)化工具。

FPGA因此成為貫徹這些功能的卓越平臺(tái)，因?yàn)樗强删幊痰牟⑶沂褂梅浅ｌ`活。另外因?yàn)樗牟⑿刑幚砟芰图傻脑S多專(zhuān)門(mén)針對(duì)消費(fèi)類(lèi)顯示市場(chǎng)的特殊功能，F(xiàn)PGA尤其適用于許多數(shù)字視頻應(yīng)用場(chǎng)合。舉例來(lái)說(shuō)這些特殊功能包括：支持視頻和顯示面板方面的多種接口標(biāo)準(zhǔn)、DSP功能、數(shù)字時(shí)鐘管理、電壓等級(jí)裝換、高速I(mǎi)/O包選擇。

具有這些功能的邏輯最佳FPGA是低價(jià)的，因?yàn)樗鼈儾捎昧溯^小的90nm工藝技術(shù)，而且在保持高晶圓良率的同時(shí)采用了較大的300mm晶圓。而互聯(lián)性是可變成邏輯的傳統(tǒng)強(qiáng)項(xiàng)。今天，隨著標(biāo)準(zhǔn)和接口技術(shù)的改變，在顯示設(shè)備的解決方案中，更加需要FPGA的參與。

低成本的基于FPGA的顯示設(shè)本解決方案板

Xilinx現(xiàn)在提供了一款開(kāi)發(fā)平臺(tái)，其可以有效的設(shè)計(jì)和確認(rèn)那些平板電視、背投電視以及數(shù)字投影儀領(lǐng)域內(nèi)的前沿顯示技術(shù)以加快設(shè)計(jì)面市的速度。應(yīng)用這個(gè)平臺(tái)，你可以創(chuàng)造和更改復(fù)雜的算法去增強(qiáng)顯示設(shè)備的圖像質(zhì)量和色彩設(shè)置。

這個(gè)低成本的基于FPGA的顯示設(shè)備解決方案板集成了邏輯最佳的90nm、一百六十萬(wàn)門(mén)采用484針的BGA封裝的XC3S1600E FPGA芯片，結(jié)合了可配置的PROM、和在對(duì)FPGA進(jìn)行任意編程時(shí)需要用到的SPI。另外，其還包括四個(gè)512 Mb x16 DDR SDRAM存儲(chǔ)器，對(duì)于支持幀緩存來(lái)說(shuō)這是非常完美的。

隨同這個(gè)顯示設(shè)備的解決方案板，你可以獲得一個(gè)266 Mbps的SDRAM控制器和圖像處理算法參考設(shè)計(jì)。還有一些可供選擇的板和這個(gè)板一塊提供，它們包括GPIO、USB、CameraLink 和 DVI 選擇板。這些可供選擇的板允許方便實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的顯示面板和視頻板之間的連接，并且允許你校驗(yàn)連通性解決方案和視頻/圖像處理算法。

圖1展示了這個(gè)顯示設(shè)備解決方案板的架構(gòu)。作為一個(gè)顯示設(shè)備的開(kāi)發(fā)者，你可以運(yùn)用這個(gè)板開(kāi)發(fā)更高的圖像質(zhì)量、多樣的存儲(chǔ)接口和對(duì)于一個(gè)靈活的、低成本的、高性能的解決方案所應(yīng)該具備的各種特性。你還可以合并一些重要的顯示特性，比如集成微控制器，內(nèi)嵌軟內(nèi)核的32位RISC處理器以及LVDS、RSDS和迷你LVDS接口，還包括并行數(shù)字信號(hào)處理、片上存儲(chǔ)和在單個(gè)的邏輯最佳的90nm XC3S1600E FPGA設(shè)備上的高速外部存儲(chǔ)訪問(wèn)特性。

圖1：Spartan-3E顯示設(shè)備解決方案板

參考設(shè)計(jì)和IP

和低成本的基于FPGA的顯示設(shè)備解決方案板一起，賽靈思同時(shí)提供相關(guān)的參考設(shè)計(jì)以增強(qiáng)圖像質(zhì)量。這些針對(duì)顯示解決方案的參考設(shè)計(jì)包括精確的灰度校正、圖像抖動(dòng)引擎、色溫修正、虛假的等高線縮小等。運(yùn)用這些參考設(shè)計(jì)，你可以迅速的配置一個(gè)面向市場(chǎng)的基本平臺(tái)，然后開(kāi)發(fā)其它進(jìn)一步的功能，比如銳度增強(qiáng)、動(dòng)態(tài)灰度校正或者噪音減少等。

Xilinx還有三個(gè)開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)提供其它的顯示解決方案。比如，Digital Design公司提供包括OpenGL、Symbology Overlay和Scaling/Decimation在內(nèi)的經(jīng)過(guò)充分測(cè)試的先進(jìn)的軟內(nèi)核。表1展示了各種參考設(shè)計(jì)，其由Xilinx和其伙伴提供，這些伙伴都是業(yè)內(nèi)致力于顯示面板和視頻開(kāi)發(fā)板應(yīng)用的公司。

圖2：數(shù)字顯示面板和視頻板參考設(shè)計(jì)

結(jié)論

平板顯示器的圖像質(zhì)量是高度主觀化的指標(biāo)，而圖像增強(qiáng)算法的規(guī)格也在不斷的發(fā)展過(guò)程當(dāng)中。作為這個(gè)發(fā)展的一個(gè)結(jié)果，低成本的FPGA和其參考設(shè)計(jì)可以令你快速簡(jiǎn)易的更新你的圖像增強(qiáng)算法。設(shè)計(jì)工程師們應(yīng)該非常期待低成本的FPGA，這些FPGA已經(jīng)被用于例如DVD播放器、等離子電視、以及高清電視這樣的大規(guī)模消費(fèi)電子應(yīng)用領(lǐng)域，以往的成功經(jīng)歷可以確保這些FPGA能為設(shè)計(jì)師們的消費(fèi)類(lèi)應(yīng)用提供高度可靠、易于應(yīng)用的組件支持。當(dāng)然這個(gè)低成本的FPGA在伴隨著成本下降的同時(shí)，也必須不斷增加新的特殊市場(chǎng)功能以和新的標(biāo)準(zhǔn)和參考設(shè)計(jì)保持同步。