FPGA在微型投影儀中的應用與設計

下面圖3顯示了LatticeECP3 FPGA的詳細信息，與算術處理相結合來處理用以顯示的圖片像素，同時管理系統(tǒng)中的各種接口。一個LatticeMico8微控制器控制數(shù)據(jù)流和來自用戶接口的各種指令。它通過Wishbone系統(tǒng)總線和FPGA的其他功能進行通信。DDR2存儲器控制器提供接口到外部DDR2存儲器，并且有兩個端口——一個來自Wishbone總線(用于通用的系統(tǒng)控制功能，以及當圖像數(shù)據(jù)是通過DVI/HDMI接口進行接收時)，另一個來自JPEG解碼器和像素處理器(用于高優(yōu)先級的圖像處理功能)。SPI存儲器控制器接口到非易失性存儲器，其中存儲了大量的圖像處理表和代碼。攝像機中的圖像數(shù)據(jù)，通過JPEG格式編碼，經DVI/HDMI接口存儲到DDR2存儲器。JPEG解碼器將JPEG編碼的圖像數(shù)據(jù)轉換為投影儀光學器件中所需的獨立的紅、綠和藍色像素數(shù)據(jù)。這個像素數(shù)據(jù)還可以通過像素處理器和其他定制化的算法來進行處理，以改進圖像質量。一旦像素數(shù)據(jù)可以發(fā)送到光學器件，7:1 LVDS視頻接口對像素數(shù)據(jù)進行分包，并通過標準的視頻協(xié)議將它傳輸?shù)焦鈱W器件接口。USB接口連到外部USB 2.0/3.0物理層。通用IO塊控制外部的電源管理、用戶接口(按鈕和開關)以及配置控制功能。許多這些重要的功能塊已經有現(xiàn)成的IP核，可從FPGA制造商或他們的合作伙伴處獲得，并使得設計師們能專注于設計中增值功能部分的設計。

圖3：微型投影儀FPGA控制器框圖示例。

利用FPGA的功能

FPGA為設計帶來的幾個關鍵功能，將有助于擴大這些小型投影儀的市場。鑒于市場的高速增長，客戶可能會有意想不到的功能變化需求。隨著市場的發(fā)展，競爭的壓力也將越來越大，要求企業(yè)具有更短的市場反應時間和更快的技術更新速度。FPGA為這類市場提供了一大優(yōu)勢，即使在購買器件后，客戶仍可以輕松地實現(xiàn)功能特性的更改。可下載的更新可以改善現(xiàn)有的功能，以應對競爭，并迅速適應不斷變化的接口需求。此外，圖像處理算法可以改進，根據(jù)客戶的反饋或新的研究，迅速更新到已經在客戶手中的設備。

在基于激光的系統(tǒng)中，去光斑算法就是利用圖像處理算法修改功能的一個很好的示例。激光光斑使圖像上“產生光斑”，當相干光從粗糙的投影儀表面散射出來，然后會在人的視網膜上產生干擾。減少光斑是一個很重要的功能，因為用戶會因此而分散注意力，這將影響用戶視覺接收到的圖像質量，并降低有效分辨率。各種用于減少光斑的算法，可能要改變激光調制頻率中的控制參數(shù)(以改變光的相干性)，改變每幅圖像像素的亮度，或使用類似于傳統(tǒng)顯示器中使用的圖形保真的算法。隨著新方法的研究，這些算法很可能會有新的突破，那些能適應各種可能的修改的設計，比如那些基于FPGA的設計，將獲得競爭上的優(yōu)勢。

現(xiàn)代FPGA，如LatticeECP3，提供了多種先進的硬件功能，有利于微型投影儀的設計。數(shù)字信號處理(DSP)功能可用于實現(xiàn)復雜的圖像處理算法，如色彩空間的轉換和JPEG編碼/解碼，以及更通用的DSP算法，如FFT和過濾器。專用的片上存儲器塊可用作圖像緩沖器、FIFO緩沖器和嵌入式處理器的數(shù)據(jù)或代碼的存儲。高速SERDES塊可用于實現(xiàn)常用的串行視頻接口，如DVI、HDMI、DisplayPort和基于7:1 LVDS的標準，如CameraLink或ChannelLink，以及計算機接口，如PCI-Express、串行Rapid I/O和以太網(GbE、XAUI和SGMII等)。

對于快速增長的市場來說，也許FPGA最引人注目的優(yōu)勢就是它可以實現(xiàn)更快的產品上市時間。在快速增長的市場中，較之ASIC實現(xiàn)，F(xiàn)PGA有其明顯的優(yōu)勢，其開發(fā)和部署周期時間可以縮短為幾周而不再是幾個月，從而決定了產品的成敗。在可預見的一段時間內，ASIC可能仍然是現(xiàn)有、大批量市場的一種可行的設計技術選擇，但是FPGA在當今快速成長和不斷發(fā)展的市場中將會有更大的用武之地。

FPGA制造商已經加大了在細分市場開發(fā)套件上的投入，其中FPGA和外設器件與針對特定市場的IP核相結合，為設計師提供了一個開發(fā)差異化設計的良好起點。在許多情況下，電路板上已經提供了應用所需的所有外部組件和接口，以及驅動程序和操作系統(tǒng)，可以進行快速部署。這些套件進一步增強了FPGA與基于ASIC的設計相比，在產品上市時間上的優(yōu)勢。