利用可編程器件設計車用顯示系統(tǒng)的方案

　　電子設備正在迅速發(fā)展，尤其是車用顯示系統(tǒng)，視頻和視頻處理正成為汽車應用中增長較快的技術。像車道保持、駕駛監(jiān)控、夜視以及車載娛樂設備等都是典型的應用需求。

　　設計車用視頻系統(tǒng)時，需要考慮系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的幾個方面：首先是系統(tǒng)的功能，應確定這個系統(tǒng)是針對安全系統(tǒng)處理視頻信息、還是車載娛樂設備處理流動的視頻數(shù)據(jù)，或者是兩者的結(jié)合而設計。其次是互聯(lián)的類型和視頻系統(tǒng)器件的速度。此外還應考慮其它因素包括有多少視頻源、有多少顯示輸出、系統(tǒng)中不同的設備相隔多遠、采用哪種布線方案，以及整個系統(tǒng)的成本。由于可編程器件具有很高集成度和靈活性，以及低功耗和寬的工作溫度范圍，且價格不斷下降，因此該類器件對于從事汽車電子設計的工程師來說越來越具有吸引力。本文將主要介紹如何利用Lattice公司的可編程器件設計車用顯示系統(tǒng)。

　　電子設備的互聯(lián)

　　在汽車電子設備中，各種信息源的互聯(lián)可采用幾種拓撲結(jié)構(gòu)，即星型、總線型和環(huán)型結(jié)構(gòu)。這些拓撲結(jié)構(gòu)如圖1所示。星型結(jié)構(gòu)是一對一的連接系統(tǒng)，外部的設備連接到視頻控制器的一個端口。通信信道可以是雙向或者單向的。

　　圖1：汽車電子設備互聯(lián)的幾種拓撲結(jié)構(gòu)。

　　總線型結(jié)構(gòu)是一點對多點，單個設備可以連接到總線。總線上的設備必須有本地控制器，用來協(xié)調(diào)總線上的設備何時以及如何進行通信。這種類型的系統(tǒng)易于擴展，因為每個設備都有一個唯一的地址。

　　環(huán)型結(jié)構(gòu)中每個設備都有一個唯一的地址，此外還有本地數(shù)據(jù)控制器和用來連接到環(huán)的媒體收發(fā)器。當顯示設備收發(fā)器接收到前一個設備的信息后，在數(shù)據(jù)包中查看自己的地址，如果地址相匹配的話就處理數(shù)據(jù)或者命令，如果地址不匹配，就把數(shù)據(jù)包傳送給環(huán)中的下一個設備。為使各種設備都能夠傳送音頻和視頻包，用于娛樂的汽車環(huán)型總線都被設計成很高的帶寬，以便觀眾能實時觀看。從圖1中可以看出，無論哪種結(jié)構(gòu)都需要采用視頻控制器。

　　圖像捕獲與顯示

　　有效確保圖像的捕獲和處理十分重要，以下將介紹幾種解決方法。在圖2展示的智能圖像捕獲系統(tǒng)的幾個例子中，信息從車輛的多媒體總線傳送到視頻控制器。通常使用的是MOST和D2B協(xié)議的環(huán)型或總線結(jié)構(gòu)。

　　圖2：采用不同處理器件的三種智能圖像捕獲系統(tǒng)。

　　在這三個例子中，MT9V111/125是適用于汽車應用的圖像傳感器。例1采用了基于微處理器的系統(tǒng)，在數(shù)據(jù)發(fā)送到顯示子系統(tǒng)的接口之前進行控制和視頻數(shù)據(jù)處理。例2采用基于閃存的低成本CPLD處理視頻。例3采用了基于SRAM的FPGA器件。在以上所有例子中，均由處理單元對發(fā)送的信息進行處理。其中，后兩個例子中采用的可編程邏輯器件體現(xiàn)了重構(gòu)硬件的靈活性。特別是例3在FPGA中使用了Lattice公司的微處理器核 LatticeMico8，因而可獲得更大的靈活性。

　　發(fā)送所捕獲圖像的一種方法是將并行視頻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成串行流，并采用8b/10b編碼在單對雙絞線LVDS接口上傳送。這個接口將時鐘嵌入數(shù)據(jù)流，減少了傳送信號到視頻控制器所需的導線數(shù)目。在接收端，系統(tǒng)需要對數(shù)據(jù)進行處理，以便返回原來的形式。圖3是4個LCD顯示的例子。前三個例子均使用SERDES電路轉(zhuǎn)換信號，其中例3采用具有集成SERDES功能的基于SRAM的FPGA。此例中采用的是LatticeECP/ECP2 FPGA，由于該器件中已嵌入了關鍵時序參數(shù)，因此設計者不必再花大量時間和精力來完成此任務。

　　圖3：LCD顯示。

　　LatticeECP2和LatticeECP2M系列重新定義了低成本FPGA，在更低的成本下?lián)碛懈鄡?yōu)秀的FPGA特性。這些器件含有 sysDSP塊和工程預制的源同步I/O。LatticeECP2M具有高達5.3Mb的RAM塊，LatticeECP2具有高達1.1Mb的RAM 塊。在LatticeECP2M中還具有3.125Gbps嵌入式SERDES，可支持PCI Express、Ethernet（1GbE和SGMII）以及多個其它標準。通過集成以前只有高成本、高性能FPGA才具有的特點和性能，這些系列的產(chǎn)品擴展了低成本FPGA的應用范圍。

　　LatticeMico32是一種針對Lattice FPGA優(yōu)化的32位RISC軟微處理器。如果將LatticeECP2M與開放源代碼的LatticeMico32軟處理器結(jié)合在一起，則 LatticeECP2M可以實現(xiàn)完整的視頻控制器功能（如圖4所示）。內(nèi)部的外設通過雙WISHBONE總線進行通信。定時器、DMA、存儲器控制器、通用I/O、串行外圍接口和UART均可與LatticeMico32相連。

　　圖4：利用LatticeECP2M和LatticeMico32實現(xiàn)完整的視頻控制器功能。

　　本文小結(jié)

　　由于可編程器件具有可重構(gòu)的特點，因此特別適合于應對各種變化（例如不斷修改的標準和新興的標準），并可以快速實現(xiàn)新版標準。此外，可編程器件還具有成本低和生命周期長的優(yōu)勢，能夠滿足車內(nèi)電子設備與汽車壽命相匹配的要求，設計者也易于對產(chǎn)品進行升級、維護和更新。