采用基于FPGA的SoC進行數字顯示系統(tǒng)設計

以因特網、無線、全球化及個人通信為代表的信息化時代要求設備生產商在標準通信系統(tǒng)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為生產商提供了所需的系統(tǒng)靈活性、上市時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(tǒng)控制、用于客戶訂制數據濾波及并行處理的DSP內核以及用于系統(tǒng)高速數據通信的吉比特串行及源同步I/O口。

Virtex-II系統(tǒng)門密度為4萬到800萬不等，可提供嵌入式系統(tǒng)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(qū)、移位寄存器及CAM，因此增加了整體系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)級設計中面臨的信號完整性、復雜系統(tǒng)時鐘管理及板上EMI管理等問題。

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，同時硬件和固件可隨時升級。FPGA架構的可編程性縮短了系統(tǒng)開發(fā)時間，單個Platform FPGA就可滿足多種應用需要。此外，它還提供了軟硬件協(xié)同設計的靈活性，設計工程師可在開發(fā)周期內便進行系統(tǒng)優(yōu)化。

Platform FPGA采用了IP插入和有源內連技術。采用IP插入技術可將任何大小或形狀的軟硬IP內核無縫地插入到FPGA架構中任何部分，并保持與周圍陣列極佳的連通性。而有源內連技術則提供了有源的布線通道，使得軟硬IP內核無論位于陣列何處均可保持穩(wěn)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(tǒng)，同時還可自由選擇客戶訂制的解決方案。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功能，具有超過0.5T-MAC/s的XtremeDSP功能，比業(yè)界最先進的嵌入式DSP處理器內核快100倍以上。將Xilinx的系統(tǒng)生成器與MathWork的MATLAB及Simulink相結合，可為系統(tǒng)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(tǒng)互聯問題，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、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。

Platform FPGA SoC應用實例

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

一般來說，數字視頻技術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，因此可以通過可編程邏輯來實現數字圖像處理。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。

顯示驅動電路采用FPGA則易于編程，可用來控制顯示所需的復雜時序信號，同時還可靈活地實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發(fā)平臺，可加快開發(fā)周期，原因在于其擁有靈活的架構、先進的處理技術、強有力的軟件綜合技術及豐富的IP庫，可提供最完整的系統(tǒng)集成解決方案。