采用靈活的汽車FPGA 提高片上系統(tǒng)級(jí)集成和降低物料成本

圖 1：傳統(tǒng) DSP 與 FPGA DSP 比較

簡(jiǎn)單使用 PLD，開(kāi)發(fā)者可以充分利用其靈活架構(gòu)和分布式 DSP 資源，如查找表 (LUT)、寄存器、乘法器和存儲(chǔ)器等。通過(guò)遍布器件的分布式 DSP 資源、分段式布線和組件使用，F(xiàn)PGA 可以使算法在器件中最佳地實(shí)現(xiàn)。例如，設(shè)計(jì)者可以調(diào)整陣列的尺寸，使之適合準(zhǔn)確的計(jì)算要求，特別適用于對(duì)圖像進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算可以對(duì)幾組像素進(jìn)行，例如對(duì)離散余弦變換 (DCT) 塊和圖像中的其他塊并發(fā)進(jìn)行計(jì)算，而不必順序掃描整個(gè)圖像。而且由于現(xiàn)在處理可以實(shí)時(shí)完成，因此使用 PLD 時(shí)緩沖像素值對(duì)存儲(chǔ)器的需求減少。

盡管傳統(tǒng)的可編程 DSP 可滿足寬范圍的應(yīng)用，但其具有自己的限制。例如，傳統(tǒng) DSP 受其架構(gòu)束縛，具有固定數(shù)據(jù)寬度和有限的MAC 單元，因此其串行處理方式限制了其數(shù)據(jù)吞吐率。這迫使系統(tǒng)必須以較高的時(shí)鐘頻率運(yùn)行，以提高數(shù)據(jù)吞吐率，但卻產(chǎn)生了一系列其他挑戰(zhàn)。同時(shí)，它采用多個(gè) DSP 來(lái)滿足帶寬需求，產(chǎn)生功耗和電路板空間問(wèn)題。通過(guò)使用 PLD，設(shè)計(jì)者可以實(shí)現(xiàn)解決更高性能、高質(zhì)量、實(shí)時(shí)顯示器挑戰(zhàn)所需的定制解決方案。PLD，憑借其靈活架構(gòu)和 DSP 資源，可同時(shí)支持串行和并行處理。通過(guò)選用并行處理，系統(tǒng)具有了在單個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)最大化其數(shù)據(jù)吞吐率的潛力。再次，設(shè)計(jì)者可以調(diào)整陣列的尺寸以適應(yīng)特定的處理需求。

那些通常通過(guò)定制、離散 ASIC、ASSP 或圖像處理器來(lái)解決的問(wèn)題，找到了在 PLD 中的解決方法。例如，在高分辨率 LCD 監(jiān)視器的伽馬校正需求中有一種 DSP 圖像增強(qiáng)應(yīng)用。伽馬校正控制著圖像的總體亮度。它還會(huì)影響某種特定顏色表現(xiàn)的色調(diào)，影響紅到綠到藍(lán)的比例。所有圖像源均假定顯示設(shè)備具有非線性的亮度輸入輸出函數(shù)，稱為伽馬函數(shù)，公式為 Vout = Vin^y，其中 y 一般在 2.2 到 2.8 之間。如果這種偏差沒(méi)有得到校正，輸出顯示將呈現(xiàn)具有很小色飽和度的蒼白顯示。在 PLD 中，RGB 空間的伽馬校正一般通過(guò)動(dòng)態(tài)更新 LUT 以便在輸出端顯示適當(dāng)?shù)捻憫?yīng)來(lái)完成。若把 8 位和 10 位 LUT 近似進(jìn)行比較，很顯然 10 位分辨率更接近理想的伽馬曲線。

• 采用 10 位 LUT 時(shí)這種近似的公式為：
• X’ = 1023 * (X/256) ^ (1/γ)，其中
• X’ = R’、G’ 或 B’，10 位校正輸出
• X = R、G 或 B，8 位未校正伽馬輸入
• 注：如果計(jì)算出現(xiàn)小數(shù)結(jié)果，則使用標(biāo)準(zhǔn)的四舍五入法。

經(jīng)過(guò)伽馬校正的 30 位 R’G’B’ 輸出需要通過(guò)圖像抖動(dòng)引擎，來(lái)找出對(duì)輸出到顯示設(shè)備最接近的顏色 24 位 RGB 輸出。有多種圖像抖動(dòng)算法。通過(guò)采用 PLD，開(kāi)發(fā)者可以對(duì)多種算法快速進(jìn)行比較，以確定哪種算法滿足其應(yīng)用要求。抖動(dòng)算法還可快速且容易地修改，只需在源代碼中進(jìn)行算法修改，然后重新配置 PLD 即可。

色溫校正器是反饋裝置，它將根據(jù)輸出的顏色響應(yīng)動(dòng)態(tài)地修改輸入 RGB 值。RGB 輸出的值與黑體輻射色溫進(jìn)行比較，以動(dòng)態(tài)確定理想的色溫輸出。

這可以在單片 PLD 中實(shí)現(xiàn)，如下所示。

圖 2：伽馬校正