用FPGA实现汽车视频和图形控制

在实现图形系统之前有许多问题需要回答，因为每一项都会影响最终的硬件和IP内核的实现。这些问题包括：

1. 数据源究竟是视频流，还是以图形方式提供的输出，或者是两者的结合，或者两者都有？如果是视频流，有多少路视频流，分辨率是多少？

2. 最终的图像是2维还是3维？

3. 用的是哪种显示器技术，是液晶? 等离子? 还是视频?总共多少台显示器，分辨率多少？

4. 采用什么样的应用软件接口，使用的方便度如何？

5. 该应用是否需要可扩展架构，以便满足未来的发展和产品分级？

6. 需要支持多个视频页面吗？如果需要，需要多少？

7. 需要支持图像缩放吗？倍率多少？如果要求缩放，还需要具备剪辑功能。

8. 需要用于支持高速图形性能的Bitblit功能吗？设计需要水平和垂直Bitblit选择吗？

9. 系统需要什么样的存储器和总线接口？

10. 最后就是是否需要支持未来的系统扩展？

图3：视频和图形IP内容。

图3给出了一个模块化二维图形和视频IP内核的例子。该IP代表了当前FPGA图形IP内核所能提供的功能和特征。这种高速图形内核是专门为了嵌入进FPGA系统而开发的。其存储控制器可以连接SDRAM或DDRAM，具体取决于应用性能和成本预算。这种IP内核带有可选的视频输入和bitblit模块，可以用设计所需的特定性能和功能进行配置。显示控制器可以控制采用任何显示技术的单显示器或双显示器。该种内核具有通用的内部32位AMBA总线，可以方便地与其他内部IP内核接口， 或者通过FPGA的I/O与外部逻辑相连。

图4：图形和视频控制器模块。

一个完整的FPGA图形和视频模块如图4所示。由于采用了FPGA图形处理方案，因此物理尺寸较小，元器件数量也很少。该模块的尺寸仅为70x50 mm，可以使用3.3V的单电源工作。

采用FPGA器件设计的车载图形显示方案减轻了ASSP和ASIC方案所面临的问题。FPGA方案使模块设计开发变得更加容易，可以提供集成不同IP模块的灵活度，具体取决于系统的成本和功能需求。FPGA实现了设计的高集成度，从而减小了电路板面积，并减少了元器件数量。FPGA器件的长寿命还保证了产品的长寿命周期。绝大多数FPGA是现场可升级的(有些器件甚至可以在工作的同时进行升级)，因此可以方便地支持新标准和新功能。

用于FPGA的标准视频和图形IP提供了经测试和经验证的设计，它们能够方便地集成进图形解决方案。利用打包的IP解决方案还能加速系统的研发，使工程师将精力集中于应用开发，而不是在低等级的接口和图形引擎上。模块化图形IP内核还允许设计在视频控制器中包含客户定制的图形加速器。这样，设计师就可以针对目标系统对图形处理性能进行特殊调整和优化。

FPGA还提供了多功能性，以便包括最佳的总线和接口标准。这使得系统架构中可以设计用于整个系统的最佳接口，而非仅仅围绕图形处理器接口或总线进行设计。采用FPGA的设计可以帮助系统设计师通过系统接口来完成控制：整个设计可以通过优化来支持实时控制和显示系统，并且视频流的处理不会影响系统性能。

此外，FPGA制造在相同的封装尺寸内支持密度移植，从而允许增加更多的逻辑来提升性能，或者减少逻辑容量来减少功能，这一过程不会影响PCB版图。通过密度移植可以降低开发、生产、维护和物流成本。

获得AEC-Q100 Grade-2认证的FPGA系列产品目前已能付运，而且几款具有附加功能和低成本的器件也将在2008年初开始供货。最新的产品提供真正的DSP块以及单裸片非易失性板上闪存，后者在掉电时用来可以存储内部存储区中的内容。过去，设计师觉得在汽车系统中采用FPGA成本太高，但如今FPGA成本已经降低，功能也更强，使得FPGA的单片价格相对于其他图形解决方案具有极高的竞争力。

利用FPGA器件构建视频和图形控制器还可以使设计师在其他应用中提升图形显示技术。在汽车应用中通过采用符合AEC-Q100 Grade-2标准的FPGA器件来代替与PC相关的图形控制器后，产品寿命远比目前ASSP解决方案的2到3年要长得多。