利用可編程器件設計車(chē)用顯示系統的方案

　　電子設備正在迅速發(fā)展，尤其是車(chē)用顯示系統，視頻和視頻處理正成為汽車(chē)應用中增長(cháng)較快的技術(shù)。像車(chē)道保持、駕駛監控、夜視以及車(chē)載娛樂(lè )設備等都是典型的應用需求。

　　設計車(chē)用視頻系統時(shí)，需要考慮系統結構的幾個(gè)方面：首先是系統的功能，應確定這個(gè)系統是針對安全系統處理視頻信息、還是車(chē)載娛樂(lè )設備處理流動(dòng)的視頻數據，或者是兩者的結合而設計。其次是互聯(lián)的類(lèi)型和視頻系統器件的速度。此外還應考慮其它因素包括有多少視頻源、有多少顯示輸出、系統中不同的設備相隔多遠、采用哪種布線(xiàn)方案，以及整個(gè)系統的成本。由于可編程器件具有很高集成度和靈活性，以及低功耗和寬的工作溫度范圍，且價(jià)格不斷下降，因此該類(lèi)器件對于從事汽車(chē)電子設計的工程師來(lái)說(shuō)越來(lái)越具有吸引力。本文將主要介紹如何利用Lattice公司的可編程器件設計車(chē)用顯示系統。

　　電子設備的互聯(lián)

　　在汽車(chē)電子設備中，各種信息源的互聯(lián)可采用幾種拓撲結構，即星型、總線(xiàn)型和環(huán)型結構。這些拓撲結構如圖1所示。星型結構是一對一的連接系統，外部的設備連接到視頻控制器的一個(gè)端口。通信信道可以是雙向或者單向的。

　　圖1：汽車(chē)電子設備互聯(lián)的幾種拓撲結構。

　　總線(xiàn)型結構是一點(diǎn)對多點(diǎn)，單個(gè)設備可以連接到總線(xiàn)?？偩€(xiàn)上的設備必須有本地控制器，用來(lái)協(xié)調總線(xiàn)上的設備何時(shí)以及如何進(jìn)行通信。這種類(lèi)型的系統易于擴展，因為每個(gè)設備都有一個(gè)唯一的地址。

　　環(huán)型結構中每個(gè)設備都有一個(gè)唯一的地址，此外還有本地數據控制器和用來(lái)連接到環(huán)的媒體收發(fā)器。當顯示設備收發(fā)器接收到前一個(gè)設備的信息后，在數據包中查看自己的地址，如果地址相匹配的話(huà)就處理數據或者命令，如果地址不匹配，就把數據包傳送給環(huán)中的下一個(gè)設備。為使各種設備都能夠傳送音頻和視頻包，用于娛樂(lè )的汽車(chē)環(huán)型總線(xiàn)都被設計成很高的帶寬，以便觀(guān)眾能實(shí)時(shí)觀(guān)看。從圖1中可以看出，無(wú)論哪種結構都需要采用視頻控制器。

　　圖像捕獲與顯示

　　有效確保圖像的捕獲和處理十分重要，以下將介紹幾種解決方法。在圖2展示的智能圖像捕獲系統的幾個(gè)例子中，信息從車(chē)輛的多媒體總線(xiàn)傳送到視頻控制器。通常使用的是MOST和D2B協(xié)議的環(huán)型或總線(xiàn)結構。

　　圖2：采用不同處理器件的三種智能圖像捕獲系統。

　　在這三個(gè)例子中，MT9V111/125是適用于汽車(chē)應用的圖像傳感器。例1采用了基于微處理器的系統，在數據發(fā)送到顯示子系統的接口之前進(jìn)行控制和視頻數據處理。例2采用基于閃存的低成本CPLD處理視頻。例3采用了基于SRAM的FPGA器件。在以上所有例子中，均由處理單元對發(fā)送的信息進(jìn)行處理。其中，后兩個(gè)例子中采用的可編程邏輯器件體現了重構硬件的靈活性。特別是例3在FPGA中使用了Lattice公司的微處理器核 LatticeMico8，因而可獲得更大的靈活性。

　　發(fā)送所捕獲圖像的一種方法是將并行視頻數據轉換成串行流，并采用8b/10b編碼在單對雙絞線(xiàn)LVDS接口上傳送。這個(gè)接口將時(shí)鐘嵌入數據流，減少了傳送信號到視頻控制器所需的導線(xiàn)數目。在接收端，系統需要對數據進(jìn)行處理，以便返回原來(lái)的形式。圖3是4個(gè)LCD顯示的例子。前三個(gè)例子均使用SERDES電路轉換信號，其中例3采用具有集成SERDES功能的基于SRAM的FPGA。此例中采用的是LatticeECP/ECP2 FPGA，由于該器件中已嵌入了關(guān)鍵時(shí)序參數，因此設計者不必再花大量時(shí)間和精力來(lái)完成此任務(wù)。

　　圖3：LCD顯示。

　　LatticeECP2和LatticeECP2M系列重新定義了低成本FPGA，在更低的成本下?lián)碛懈鄡?yōu)秀的FPGA特性。這些器件含有 sysDSP塊和工程預制的源同步I/O。LatticeECP2M具有高達5.3Mb的RAM塊，LatticeECP2具有高達1.1Mb的RAM 塊。在LatticeECP2M中還具有3.125Gbps嵌入式SERDES，可支持PCI Express、Ethernet（1GbE和SGMII）以及多個(gè)其它標準。通過(guò)集成以前只有高成本、高性能FPGA才具有的特點(diǎn)和性能，這些系列的產(chǎn)品擴展了低成本FPGA的應用范圍。

　　LatticeMico32是一種針對Lattice FPGA優(yōu)化的32位RISC軟微處理器。如果將LatticeECP2M與開(kāi)放源代碼的LatticeMico32軟處理器結合在一起，則 LatticeECP2M可以實(shí)現完整的視頻控制器功能（如圖4所示）。內部的外設通過(guò)雙WISHBONE總線(xiàn)進(jìn)行通信。定時(shí)器、DMA、存儲器控制器、通用I/O、串行外圍接口和UART均可與LatticeMico32相連。

　　圖4：利用LatticeECP2M和LatticeMico32實(shí)現完整的視頻控制器功能。

　　本文小結

　　由于可編程器件具有可重構的特點(diǎn)，因此特別適合于應對各種變化（例如不斷修改的標準和新興的標準），并可以快速實(shí)現新版標準。此外，可編程器件還具有成本低和生命周期長(cháng)的優(yōu)勢，能夠滿(mǎn)足車(chē)內電子設備與汽車(chē)壽命相匹配的要求，設計者也易于對產(chǎn)品進(jìn)行升級、維護和更新。