FPGA和嵌入式处理器实现低成本智能显示模块

视频采集和图像处理

基于FPGA的设计中实现的另一功能是视频采集，如图2所示。视频输入模块符合ITU-R BT.656数字视频标准，完成以下操作：彩色空间转换(CSC)、剪辑、去隔行、缩放和RGB 565包封。在Nios II嵌入式处理器的控制下，每一操作顺序完成，并由寄存器对参数进行赋值。根据需要的输出格式，还可以选择对视频输入进行剪辑和调整(放大或者缩小)。采用寄存器后，可以针对各种显示分辨率和输入视频格式(例如，NTSC、PAL和SECAM等)对系统进行定制。来自模块的视频数据通过32位DMA传送至外部SDRAM帧缓冲。象素数据被封装成565格式，使两个象素能够通过DMA以一个字的形式进行传送。这显著提高了视频带宽，以及存储器访问效率。Thomas II设计使用Altera Quartus II设计软件支持的标准SDRAM存储控制器。SDRAM提供足够的视频带宽和存储器总带宽，是DDR的低成本替代方案(对于所需要的密度)。而且，采用SDRAM还减小了电路板布板的复杂度，从而降低了系统总成本。在功能上，DRAM为视频和图像帧缓冲提供共享存储空间，还为Nios II嵌入式处理器提供程序存储器。Avalon系统互联架构连接SDRAM控制器和Nios II处理器以及其他系统模块，为存储器访问和存储器管理提供仲裁。Cyclone III FPGA最引人注目的一个特性是未来可以移植到其他存储器拓扑和技术中。如果需要，很容易对设计进行修改，采用DDR或者DDR2存储控制器，或者扩展SDRAM接口，以适应32位SDRAM器件。FPGA灵活的I/O环以及SOPC Builder工具中各种存储控制器支持这一切的实现。Thomas II设计还支持视频和图像处理。缓冲后的源视频存储在SDRAM中，图像处理算法由Nios II处理器来完成。而Cyclone III FPGA的灵活性则体现在可以把算法作为软件、硬件，或者以软硬件混合的形式来执行，这也是该器件的优势所在。可以采用Altera的Nios II C语言至硬件(C2H)加速编译器来分析软件算法，将函数转换成硬件加速定制指令。然后，Nios II处理器执行定制指令，不需要反复迭代处理周期。设计人员可以充分发挥Cyclone III FPGA架构并行处理特性的优势，构建定制指令。内置数字信号处理(DSP)功能可用于完成各种图像处理算法，例如，鱼眼校正等。

结论

通过在低成本系统体系结构中采用彩色TFT，汽车电子设计人员能够为市场带来一系列在视觉和功能上都非常引人注目的实际应用。采用模块化扩展方法开发的Thomas II电路板基于引脚数较少的低成本FPGA，为这些应用的实现提供了平台。相应的设计软件和工具不但加速了开发过程，而且还保持了GUI设计的完整性。此外，一片FPGA集成了各种功能，不需要改变主机体系结构和系统设计。如果需要，可编程技术还可以将设计灵活地移植到密度更大的FPGA中。