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(多图) 基于FPGA的机载视频图形显示系统架构设计与优化

吴连慧?? 周建江?? 夏伟杰?? 陈雅雯?? 单片机与嵌入式系统应用?? 2014年10月21日 ?? 收藏0
随着航空电子技术的不断发展,现代机载视频图形显示系统对于实时性等性能的要求日益提高。常见的系统架构主要分为三种:

(1)基于GSP+VRAM+ASIC的架构,优点是图形ASIC能够有效提高图形显示质量和速度,缺点是国内复杂ASIC设计成本极高以及工艺还不成熟。

(2)基于DSP+FPGA的架构,优点是,充分发挥DSP对算法分析处理和FPGA对数据流并行执行的独特优势,提高图形处理的性能;缺点是,上层CPU端将OpenGL绘图函数封装后发给DSP,DSP拆分后再调用FPGA,系统的集成度不高,接口设计复杂。

(3)基于FPGA的SOPC架构,优点是,集成度非常高;缺点是逻辑与CPU整合到一起,不利于开发。

经过对比,机载视频图形显示系统的架构设计具有优化空间,值得进一步的深入研究,从而设计出实时性更高的方案。

本文设计一种基于FPGA的图形生成与视频处理系统,能够实现2D图形和字符的绘制,构成各种飞行参数画面,同时叠加外景视频图像。在保证显示质量的同时,对其进行优化,进一步提高实时性、减少内部BRAM的使用、降低DDR3的吞吐量。

1 总体架构设计

本系统总体设计方案如图 1所示。以Xilinx的Kintex-7 FPGA为核心,构建出一个实时性高的机载视频图形显示系统。上层CPU接收来自飞控、导航等系统的图形和视频控制命令,对数据进行格式化和预处理后,通过PCIe接口传送给FPGA。本文主要是进行FPGA内部逻辑模块的设计和优化。

图 1机载显示系统总体设计框图
图 1机载显示系统总体设计框图

2 机载显示系统架构设计

机载显示系统设计主要包括2D绘图、视频处理和叠加输出。2D绘图功能包括直线、圆、字符等的快速生成。视频处理功能包括输入视频选择、视频缩放、旋转、翻转等处理。叠加输出功能,将视频作为背景与图形叠加,送到两路DVI输出,一路经过预畸变校正后输出到平显上,另一路直接输出来进行地面记录。

为了满足上述功能,FPGA逻辑设计的整体流程图如图 2所示。

图 2 FPGA逻辑设计的整体流程图
图 2 FPGA逻辑设计的整体流程图


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机载显示系统? FPGA? DDR3? 吞吐量?

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