Spartan-3 FPGA實現(xiàn)的DSP嵌入系統(tǒng)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現(xiàn)各種數(shù)字消費類系統(tǒng)。使Spartan3器件在平板顯示器市場應用中極具吸引力，即Spadan-3器件得到廣泛應用的一個市場就是平板顯示器(FPD)市場，它是新潮流，值以此為例介紹。

首先要說明的是平板顯示器是新型消費類電視中增長最快的部分，其市場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)應用中的價值

Spartan-3 FPGA提供了FPD系統(tǒng)設計人員非常有用的各種功能。包括能夠高效實現(xiàn)DSP功能的嵌入式乘法器；在實現(xiàn)流水線或多通道功能時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)應用中的價值是什么，即Spartan-3的各種功能及其在實現(xiàn)DSP時的用途。

*Spartan-3芯片功能在平板顯示器(FPD)應用中的價值：

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

*只有了解FPGA在FPD系統(tǒng)中究竟有是那些典型應用(見圖所示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(tǒng)中典型應用分析(由圖所示4可知)：

3.21前端預處理

在數(shù)字RGB信號饋入到主圖像處理引擎之前，通常需要進行某種預外琿。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呈與客戶的圖像處理ASIC或ASSP結合使用，一個普遍用途是在圖像縮放和解交叉過程中輔助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，但有時也使用FPGA進行定制處理.這些功能實例包括：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現(xiàn)多種功能。可以使用的某些專項技術，包括：色空間轉換器、JPEG多媒體數(shù)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行使用。

FPGA也可以用于實現(xiàn)時序控制單元(TCON，見圖5所示)，來控制水平和垂直像素顯示格式。TCON多少有點象一個垂直和水平顯示器計數(shù)器。Spartan-3架構中的大量觸發(fā)器和內置進位鏈可以有效實現(xiàn)這個功能。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顯示了即使一個很小的Spartan-3E器件也具有足夠的差分I/O資源來驅動較大的LCD/等離子體屏幕。

4、結束語

Spartan-3E FPGA成為實現(xiàn)各種低成本數(shù)字消費類系統(tǒng)的理想器件.該DSP嵌入式系統(tǒng)具有幾個共同的特性，即單一功能、軟硬件共存、實時反應及嚴緊的限制. 目前Spartan-3E FPGA生產廠商己有Xilinx、Altera、Lattice等公司，本文僅以Xilinx公司的Spartan-3 FPGA為例作一說明。

在平板顯示器系統(tǒng)中，由于僅占用競爭FPGA所需面積的一小部分就能實現(xiàn)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(tǒng)中來實現(xiàn)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(shù)字RGB到USB讀卡器功能；
*時序控制和板RSDS驅動器；
*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(shù)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、家庭多媒體服務器、家用網關及更多。