采用靈活的汽車FPGA 提高片上系統級集成和降低物料成本

圖 1：傳統 DSP 與 FPGA DSP 比較

簡單使用 PLD，開發者可以充分利用其靈活架構和分布式 DSP 資源，如查找表 (LUT)、寄存器、乘法器和存儲器等。通過遍布器件的分布式 DSP 資源、分段式布線和組件使用，FPGA 可以使算法在器件中最佳地實現。例如，設計者可以調整陣列的尺寸，使之適合準確的計算要求，特別適用于對圖像進行計算。計算可以對幾組像素進行，例如對離散余弦變換 (DCT) 塊和圖像中的其他塊并發進行計算，而不必順序掃描整個圖像。而且由于現在處理可以實時完成，因此使用 PLD 時緩沖像素值對存儲器的需求減少。

盡管傳統的可編程 DSP 可滿足寬范圍的應用，但其具有自己的限制。例如，傳統 DSP 受其架構束縛，具有固定數據寬度和有限的MAC 單元，因此其串行處理方式限制了其數據吞吐率。這迫使系統必須以較高的時鐘頻率運行，以提高數據吞吐率，但卻產生了一系列其他挑戰。同時，它采用多個 DSP 來滿足帶寬需求，產生功耗和電路板空間問題。通過使用 PLD，設計者可以實現解決更高性能、高質量、實時顯示器挑戰所需的定制解決方案。PLD，憑借其靈活架構和 DSP 資源，可同時支持串行和并行處理。通過選用并行處理，系統具有了在單個時鐘周期內最大化其數據吞吐率的潛力。再次，設計者可以調整陣列的尺寸以適應特定的處理需求。

那些通常通過定制、離散 ASIC、ASSP 或圖像處理器來解決的問題，找到了在 PLD 中的解決方法。例如，在高分辨率 LCD 監視器的伽馬校正需求中有一種 DSP 圖像增強應用。伽馬校正控制著圖像的總體亮度。它還會影響某種特定顏色表現的色調，影響紅到綠到藍的比例。所有圖像源均假定顯示設備具有非線性的亮度輸入輸出函數，稱為伽馬函數，公式為 Vout = Vin^y，其中 y 一般在 2.2 到 2.8 之間。如果這種偏差沒有得到校正，輸出顯示將呈現具有很小色飽和度的蒼白顯示。在 PLD 中，RGB 空間的伽馬校正一般通過動態更新 LUT 以便在輸出端顯示適當的響應來完成。若把 8 位和 10 位 LUT 近似進行比較，很顯然 10 位分辨率更接近理想的伽馬曲線。

• 采用 10 位 LUT 時這種近似的公式為：
• X’ = 1023 * (X/256) ^ (1/γ)，其中
• X’ = R’、G’ 或 B’，10 位校正輸出
• X = R、G 或 B，8 位未校正伽馬輸入
• 注：如果計算出現小數結果，則使用標準的四舍五入法。

經過伽馬校正的 30 位 R’G’B’ 輸出需要通過圖像抖動引擎，來找出對輸出到顯示設備最接近的顏色 24 位 RGB 輸出。有多種圖像抖動算法。通過采用 PLD，開發者可以對多種算法快速進行比較，以確定哪種算法滿足其應用要求。抖動算法還可快速且容易地修改，只需在源代碼中進行算法修改，然后重新配置 PLD 即可。

色溫校正器是反饋裝置，它將根據輸出的顏色響應動態地修改輸入 RGB 值。RGB 輸出的值與黑體輻射色溫進行比較，以動態確定理想的色溫輸出。

這可以在單片 PLD 中實現，如下所示。

圖 2：伽馬校正