基于Zynq的圖形生成電路設(shè)計與實現(xiàn)

3.2.2 畫面顯示軟件

畫面顯示軟件主要包括初始化模塊和主模塊,結(jié)構(gòu)如圖6所示.初始化模塊完成ARM 內(nèi)核啟動;外設(shè)初始化信息加載;DDR3SDRAM、UART等設(shè)備初始化;VDMA 寄存器配置等初始化工作.運算控制模塊由雙口RAM 讀寫模塊;PS、PL 通信模塊以及繪圖模塊3部分組成,其中雙口RAM 讀寫模塊主要負(fù)責(zé)從雙口RAM中讀取繪圖指令數(shù)據(jù),為繪圖模塊提供必要的繪圖參數(shù);PS、PL通信模塊負(fù)責(zé)ARM 內(nèi)核與VDMA的通信,切換緩存;繪圖模塊完成分配的繪圖任務(wù),并將相應(yīng)的計算結(jié)果,也即對應(yīng)的像素點信息寫入DDR3SDRAM 中。

圖6 圖形生成軟件結(jié)構(gòu)圖

4 實驗與對比

4.1 實驗過程

在實驗驗證階段,分別采用自主開發(fā)的Zynq圖形生成模塊和DSP圖形生成模塊作為實驗和比較對象.其中,Zynq 圖形生成模塊采用的Zynq器件型號為XC7Z020,集成的ARM 處理器頻率為667MHz,采用的DDR3SDRAM 器件型號為MICRO公司的MT41J128M16,時鐘頻率設(shè)置為533MHz.DSP圖形生成模塊采用的DSP器件型號為AD 公司TigerSHARC 系列的TS201,主頻設(shè)置為520MHz。

為了全面驗證Zynq平臺的圖形生成性能,本文針對幾種常規(guī)分辨率機載顯示器,對兩種平臺的圖形生成時間和幀率分別進(jìn)行對比測試.機載顯示器常規(guī)分辨率有640×480、600×600、1024×768等幾種,每種分辨率下具體圖形生成時間和幀率與圖形內(nèi)容和復(fù)雜度有關(guān),本文選取常用的典型圖形作為測試對象,每幅圖形均包含了直線、圓弧、矩形、字符、數(shù)字、符號等內(nèi)容,如圖7所示。

圖7 測試圖形

以1024×768 分辨率的EFIS 畫面為例,Zynq平臺實時生成圖形數(shù)據(jù)并送至外部監(jiān)視器顯示的示意圖如圖8所示.

圖8 Zynq平臺1024×768分辨率圖形生成示例

4.2 實驗結(jié)果

針對3種分辨率典型圖形畫面,Zynq平臺和DSP平臺圖形生成時間和幀率對比分別如圖9和圖10所示.

圖9 圖形生成時間對比

圖10 圖形生成幀率對比

圖形生成時間包括圖形算法運算時間和圖形數(shù)據(jù)寫幀存時間.在進(jìn)行圖形運算處理時,針對Zynq平臺的特點采取了一系列的優(yōu)化算法,圖形運算時間小于DSP平臺.另外,Zynq平臺采用的是DDR3SDRAM 幀存,操作速率遠(yuǎn)高于DSP平臺采用的SRAM 幀存,因此寫幀存時間遠(yuǎn)小于DSP平臺.由圖9和圖10可見,在繪制分辨率相同的同一圖形時,Zynq平臺圖形生成時間均小于DSP平臺,幀率均高于DSP平臺.在繪制多種分辨率圖形畫面,Zynq平臺幀率均超越60 Hz,滿足了機載顯示器的實時顯示要求。

5 結(jié)論

針對機載液晶顯示器低功耗、小型化的應(yīng)用需求,提出了一種基于Zynq的圖形生成電路.運用Zynq器件集成的ARM CortexGA9內(nèi)核作為核心繪圖部件,外部高速DDR3存儲器作為圖形幀存,對幀存采取三緩沖機制進(jìn)行數(shù)據(jù)緩沖處理,配合可編程邏輯資源,可完成多種分辨率圖形的實時生成.對Zynq平臺和DSP平臺在多種分辨率下典型畫面的圖形生成時間和幀率進(jìn)行了對比測試,測試結(jié)果表明,Zynq平臺性能優(yōu)于DSP平臺.在生成1024×768分辨率的EFIS圖形畫面時,Zynq平臺圖形幀率可達(dá)74fps,滿足機載顯示器實時顯示需求。