Spartan-3 FPGA實(shí)現的DSP嵌入系統及其在在平板顯示器中的應用

由于低成本和全功能的結合Spartan-3系列器件特別適合用于實(shí)現各種數字消費類(lèi)系統。使Spartan3器件在平板顯示器市場(chǎng)應用中極具吸引力，即Spadan-3器件得到廣泛應用的一個(gè)市場(chǎng)就是平板顯示器(FPD)市場(chǎng)，它是新潮流，值以此為例介紹。

首先要說(shuō)明的是平板顯示器是新型消費類(lèi)電視中增長(cháng)最快的部分，其市場(chǎng)上有三種平板顯示器，即LCD、等離子和投影電視(DLP)。

3.1 Spartan-3芯片在平板顯示器(FPD)應用中的價(jià)值

Spartan-3 FPGA提供了FPD系統設計人員非常有用的各種功能。包括能夠高效實(shí)現DSP功能的嵌入式乘法器；在實(shí)現流水線(xiàn)或多通道功能時(shí)能夠支持高性能并減少資源利用率的移位寄存器；大量的存儲器資源；以及對顯示器市場(chǎng)普遍使用的差分I/O標準的內在支持，那Spartan-3芯片功能在平板顯示器(FPD)應用中的價(jià)值是什么，即Spartan-3的各種功能及其在實(shí)現DSP時(shí)的用途。

*Spartan-3芯片功能在平板顯示器(FPD)應用中的價(jià)值：

嵌入式乘法器，能有效實(shí)現MAC(媒體存儲控制) FIR濾波器和其它DSP功能；
移位寄存器邏輯，能有效實(shí)現多通道功能；
BlockRAM和分布式RAM，為視頻線(xiàn)緩沖器，高速緩存標志存儲器，用于DSP系數的便箋式存儲器、數據包、緩沖器、FIFO；
對RSDS的內置支持，為無(wú)終端電阻的RSDS支持及其它特殊設計考慮之用。

*只有了解FPGA在FPD系統中究竟有是那些典型應用(見(jiàn)圖所示4)，才能將Spartan-3芯片可以以各種方式應用于FPD設計之中。

3.2 FPGA在FPD系統中典型應用分析(由圖所示4可知)：

3.21前端預處理

在數字RGB信號饋入到主圖像處理引擎之前，通常需要進(jìn)行某種預外琿。這種預處埋可以是離散余弦變換、解密、或者是交叉/解交叉。通常FPGA呈與客戶(hù)的圖像處理ASIC或ASSP結合使用，一個(gè)普遍用途是在圖像縮放和解交叉過(guò)程中輔助ASSP。

3.22核心處理

盡管核心圖像處埋通常是由標準ASSP或定制ASIC完成，但有時(shí)也使用FPGA進(jìn)行定制處理.這些功能實(shí)例包括：Y校正、圖像縮放、邊緣檢測、尖銳度、對比度和幀緩沖器。有了Spartan-3器件提供的這些性能，可以在最小的芯片面積上實(shí)現多種功能?？梢允褂玫哪承?zhuān)項技術(shù)，包括：色空間轉換器、JPEG多媒體數字信號編解碼器、離散余弦變換器及MPEG視頻編碼器/解碼器。

可以多次使用FPGA與屏幕或者外部存儲器進(jìn)行接口.Spartan-3支持小擺幅差分I/O標準(如RSDS) ，也支持其它單端標準(如SSTL/HSTL) ，因而它可以在這些應用中進(jìn)行使用。

FPGA也可以用于實(shí)現時(shí)序控制單元(TCON，見(jiàn)圖5所示)，來(lái)控制水平和垂直像素顯示格式。TCON多少有點(diǎn)象一個(gè)垂直和水平顯示器計數器。Spartan-3架構中的大量觸發(fā)器和內置進(jìn)位鏈可以有效實(shí)現這個(gè)功能。同樣，由于具有充足的差分I/O通道，Spartan-3FPGA成為I/O密集型設計的有效架構。圖5顯示了即使一個(gè)很小的Spartan-3E器件也具有足夠的差分I/O資源來(lái)驅動(dòng)較大的LCD/等離子體屏幕。

4、結束語(yǔ)

Spartan-3E FPGA成為實(shí)現各種低成本數字消費類(lèi)系統的理想器件.該DSP嵌入式系統具有幾個(gè)共同的特性，即單一功能、軟硬件共存、實(shí)時(shí)反應及嚴緊的限制. 目前Spartan-3E FPGA生產(chǎn)廠(chǎng)商己有Xilinx、Altera、Lattice等公司，本文僅以Xilinx公司的Spartan-3 FPGA為例作一說(shuō)明。

在平板顯示器系統中，由于僅占用競爭FPGA所需面積的一小部分就能實(shí)現高性能DSP，Spartan-3E架構更加高效有用。

到目前為止，Spartan-3 FPGA已成功地應用于平板顯示器系統中來(lái)實(shí)現以下功能：

*SD/HD色空間轉換；
*4：4：4 to 4：2：2縮減像素采樣；
*數字RGB到USB讀卡器功能；
*時(shí)序控制和板RSDS驅動(dòng)器；
*圖像壓縮/解壓縮

除上述之外，只要引入高性能、低成本的Spartan-3FPGA，就可以設計出用在大量數字消費品中的可編程邏輯，例如視訊轉接盒、電纜調制解調器、HDTV、DVD-RW播放器、LCDTV、家庭多媒體服務(wù)器、家用網(wǎng)關(guān)及更多。