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汽車娛樂電子中采用FPGA推動的參考設(shè)計

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作者:Joel Seely 時間:2006-07-17 來源:E代電子 收藏
汽車娛樂電子推動了功能和容量的快速發(fā)展,促使設(shè)計人員在性能、成本和靈活性上做出綜合考慮。與其他領(lǐng)域不同,多媒體圖形應(yīng)用高度可視化,其需求多變,在許多情況下甚至還沒有建立標(biāo)準(zhǔn)。汽車設(shè)計人員需要一個能夠提供最靈活、性能最佳而成本可控的解決方案??删幊踢壿?,特別是現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)便是這樣的解決方案。

  在以前,專用集成電路(ASIC)能夠為制造商提供成本效益較好的芯片方案,因此,汽車圖形應(yīng)用在半導(dǎo)體方面一般選用ASIC。但是,ASIC開發(fā)成本不斷攀升,降低批量價格、快速面市的要求以及功能復(fù)雜性的提高可能會預(yù)示著汽車市場中ASIC統(tǒng)治時代的結(jié)束。頂級汽車供應(yīng)商正在尋找一種最具成本效益的設(shè)計平臺,其強(qiáng)大的功能和靈活性能夠滿足越來越復(fù)雜的汽車數(shù)字系統(tǒng)的需求。

  專用標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品(ASSP)在汽車和消費類市場上是ASIC的一種替代方案。這類產(chǎn)品的主要優(yōu)勢在于低成本。但是,ASSP具有隱含的成本,如尋找各種功能都合適的ASSP,而不必添加外部邏輯、軟件以及其他ASIC或者ASSP。而且,隨著需求的不斷變化,在設(shè)計早期可能不需要ASSP,設(shè)計一旦投產(chǎn)之后,便不再采用ASSP。

  FPGA能夠顯著縮短工程開發(fā)時間,降低多芯片重復(fù)使用成本,成為汽車圖形應(yīng)用中替代ASIC和ASSP的功能強(qiáng)大而又靈活的解決方案。ASSP可能會丟失所需功能,ASIC則有隨著設(shè)計修改而必須重制的風(fēng)險,而FPGA在設(shè)計過程中,可以進(jìn)行編程,并根據(jù)需要重新編程,實現(xiàn)更快速的原型設(shè)計,加快產(chǎn)品面市。如果需求變化,即使是器件已經(jīng)在車輛中投入使用了,F(xiàn)PGA也可以現(xiàn)場進(jìn)行更新。FPGA不存在預(yù)先的ASIC流片(NRE)成本以及最小訂購量問題,也不存在ASSP相關(guān)的潛在成本問題,它是系統(tǒng)設(shè)計最具成本效益的選擇。而且,F(xiàn)PGA在通用硬件平臺上能夠重復(fù)使用的能力顯得非常重要,使設(shè)計人員能夠生成不同的系統(tǒng),憑借一個基本設(shè)計便可以支持多種功能,從而降低制造成本。   FPGA參考設(shè)計推動汽車圖形技術(shù)

  信息娛樂應(yīng)用要求越來越復(fù)雜的圖形處理能力。這種處理可以在高端處理器和DSP中實現(xiàn),但代價是極高的成本、復(fù)雜度和功耗。可以在系統(tǒng)中加入FPGA來降低圖形系統(tǒng)的總成本、復(fù)雜度,以及性能需求。圖1所示為一個標(biāo)準(zhǔn)的圖形參考設(shè)計,該設(shè)計承載視頻輸入,覆蓋LCD屏幕上顯示的其他圖像。


圖1: 采用FPGA和主機(jī)處理器的汽車圖形控制系統(tǒng)
  該參考設(shè)計在Altera Cyclone FPGA中實現(xiàn)了一個視頻輸入模塊和LCD圖形控制器,展示了汽車市場需要的低成本應(yīng)用中,F(xiàn)PGA所具有的強(qiáng)大功能和靈活性。參考設(shè)計運行在Altera Nios II嵌入式處理器開發(fā)板上,并加入了用于實現(xiàn)相機(jī)/視頻輸入、輸出顯示驅(qū)動電路的模塊。

  視頻輸入模塊包括一個前端相機(jī)接口和用于色彩空間轉(zhuǎn)換、調(diào)整和縮放的IP,以及視頻存儲器接口。LCD顯示接口包括控制不同層之間以及圖象之間半透明效果的IP功能。這些輸入和輸出控制模塊是Altera SOPC Builder系統(tǒng)的組成部分,該系統(tǒng)用于將所有IP模塊進(jìn)行無縫連接。OpenGL-E圖形庫子集運行在主機(jī)CPU中。該庫提供處理和表征位圖、幀緩沖訪問和圖形基元繪圖的所有功能。

  由于進(jìn)行透視操作、旋轉(zhuǎn)、繪制直線和多邊形、紋理操作以及相似的任務(wù)時,這些擴(kuò)展圖形應(yīng)用會占用大量的計算,因此,可能會需要一個功能非常強(qiáng)大的主機(jī)CPU來實現(xiàn)OpenGL圖形庫。FPGA可做為一個協(xié)處理器架構(gòu),卸載主機(jī)CPU中通常消耗大量CPU性能的算法功能。


圖2: 帶有硬件加速協(xié)處理器的圖形控制系統(tǒng)
  圖2顯示了在參考設(shè)計系統(tǒng)中加入圖形加速協(xié)處理器的實例。該協(xié)處理器可承載多種算法,如:

  ●直接blit、拉伸blit、透明、雙線性濾波、每象素alpha、著色、抗鋸齒處理等位塊圖像傳送(BLIT)操作

  ●任意寬度直線繪制、圓角、截角、alpha梯度、圖像邊緣模糊(模糊化)

  ●三角形、四邊形等多邊形繪制、alpha梯度、圖像邊緣模糊(模糊化)

  ●圓、橢圓和二次曲線截面繪制

  ●生成二次和三次B



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