采用基于FPGA的SoC進(jìn)行數字顯示系統設計

以因特網(wǎng)、無(wú)線(xiàn)、全球化及個(gè)人通信為代表的信息化時(shí)代要求設備生產(chǎn)商在標準通信系統中增加數據率及通道數，以支持視頻流、音頻流及數據流。Platform FPGA為生產(chǎn)商提供了所需的系統靈活性、上市時(shí)間并可支持高帶寬要求。此外，Platform FPGA提供了用于嵌入式處理器的系統控制、用于客戶(hù)訂制數據濾波及并行處理的DSP內核以及用于系統高速數據通信的吉比特串行及源同步I/O口。

Virtex-II系統門(mén)密度為4萬(wàn)到800萬(wàn)不等，可提供嵌入式系統存儲器。由于這種高密度片上存儲器可提供快速高效的FIFO緩沖區、移位寄存器及CAM，因此增加了整體系統帶寬。嵌入式RAM模塊及高速存儲接口為帶寬要求很高的系統提供了強大的、基于存儲器的數據通道。

Virtex-II器件及其擴展器件所提供的Platform FPGA功能可解決系統級設計中面臨的信號完整性、復雜系統時(shí)鐘管理及板上EMI管理等問(wèn)題。

B. Platform FPGA的軟硬內核

Platform FPGA是一種靈活的解決方案，它在單芯片上集成了一系列軟硬IP內核，同時(shí)硬件和固件可隨時(shí)升級。FPGA架構的可編程性縮短了系統開(kāi)發(fā)時(shí)間，單個(gè)Platform FPGA就可滿(mǎn)足多種應用需要。此外，它還提供了軟硬件協(xié)同設計的靈活性，設計工程師可在開(kāi)發(fā)周期內便進(jìn)行系統優(yōu)化。

Platform FPGA采用了IP插入和有源內連技術(shù)。采用IP插入技術(shù)可將任何大小或形狀的軟硬IP內核無(wú)縫地插入到FPGA架構中任何部分，并保持與周?chē)嚵袠O佳的連通性。而有源內連技術(shù)則提供了有源的布線(xiàn)通道，使得軟硬IP內核無(wú)論位于陣列何處均可保持穩定、高效的性能。

處理器的性能

用于Platform FPGA的EmPower!解決方案為嵌入式處理器提供了最高性能的可編程系統，同時(shí)還可自由選擇客戶(hù)訂制的解決方案。它所采用的嵌入式PowerPC405微處理器內核工作頻率為300MHz，可提供超過(guò)420MIP的性能。此外，Virtex-II器件上的MicroBlaze軟處理器內核是32位RISC處理器，工作頻率為125MHz，可提供82MIP的性能。

Virtex-II解決方案中結合了嵌入式乘法器和增強的算術(shù)功能，具有超過(guò)0.5T-MAC/s的XtremeDSP功能，比業(yè)界最先進(jìn)的嵌入式DSP處理器內核快100倍以上。將Xilinx的系統生成器與MathWork的MATLAB及Simulink相結合，可為系統和DSP設計工程師提供了一套他們熟悉的、完整的設計工具。

此外，SystemIO充分解決了高性能設計中各式各樣的系統互聯(lián)問(wèn)題，包括物理接口和協(xié)議，以提供更高的帶寬。為了使Platform FPGA能夠支持最快的通信標準，如10G以太網(wǎng)、OC-192、Infiniband和XAUI接口標準，Virtex-II系列FPGA中集成了速度高達吉比特的串行收發(fā)器。SystemIO接口提供了最為靈活的解決方案來(lái)兼容一些新興的接口標準，其中包括RapidIO、LDT、SPI4、PCI66、PCI、FlexBus4及POS-PHY4并行總線(xiàn)。

Platform FPGA SoC應用實(shí)例

一個(gè)基于Platform FPGA的SoC數字顯示應用實(shí)例。數字視頻設計中一個(gè)需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題是在同一塊電路板上實(shí)現不同元件之間以及不同產(chǎn)品間的接口問(wèn)題。USB2.0、IEEE1394和PCI可實(shí)現高速接口，而FPGA則提供了一種理想平臺，為不同的技術(shù)提供接口及協(xié)議轉換。

一般來(lái)說(shuō)，數字視頻技術(shù)的基礎在于數字圖像處理。本方案中，FPGA可提供性能卓越的DSP處理能力，因此可以通過(guò)可編程邏輯來(lái)實(shí)現數字圖像處理。FPGA為數字視頻流的編解碼提供了一種有效的解決方案，并廣泛用于色彩空間轉換功能、MPEG塊、轉換率控制及Reed-SolomON和維特比解碼器等模塊。

顯示驅動(dòng)電路采用FPGA則易于編程，可用來(lái)控制顯示所需的復雜時(shí)序信號，同時(shí)還可靈活地實(shí)現支持不同顯示元件的多種版本。

小結

現在的FPGA是一種快速有效的開(kāi)發(fā)平臺，可加快開(kāi)發(fā)周期，原因在于其擁有靈活的架構、先進(jìn)的處理技術(shù)、強有力的軟件綜合技術(shù)及豐富的IP庫，可提供最完整的系統集成解決方案。