如何使用低成本FPGA硬件和IP方案加速设计显示器？

不久以前，高清平板电视对普通消费者来说还是一个奢侈品。而现在，大多数一般收入家庭去购买一台高清平板电视已非难事。应对这一变化，面板厂家正在扩大产能去迎合市场需求并且鼓励更多的人去购买这一显示设备。

市场研究公司iSuppli预计，在世界范围内，液晶和等离子(PDP)电视的出货量将从2,000万台(2004年)增长到接近9,000万台(2009年)。随着技术和显示尺寸的扩展，这些平板显示设备正在替代传统的阴极射线管(CRT)显示设备，甚至即使在同样的显示尺寸上，前者的价格还要稍高于后者。

杨悟牛

2019-9-2 15:29:51

较高的清晰度、优秀的色彩还原能力、最小的数字运动失真，这些都是消费者追求的性能。这些指标让消费者将不同的平板显示模式区分开来，在特定的屏幕尺寸上，具有这些特性的产品的售价可以高于那些最低的入门级产品。

一些公司将自己在图像增强技术方面的独门绝技标明在产品上，因此就可以将自己的产品卖得稍贵一些。如果你不想投入大量的资本和资源就想为你们公司的产品划算的开发、测试、制造这样的性能，从而也获得更高的利润。世界上有这样的好事吗？回答是肯定的，赛灵思与其合作伙伴已经开发了完整的解决方案套件帮你实现这样的目标。

该解决方案可以让显示设备的开发者加快产品的面市时间。其包括了一个基于FPGA的低成本显示设备解决方案板，以及几个先进的视频/图像处理IP内核，以加速你的功能丰富的平板显示设备的设计。显示设备解决方案板中包括一个低成本的最佳逻辑的90nm FPGA器件和存储器，并且提供了全面的连通性，支持和显示面板以及视频调谐板的连结。

为什么需要在显示设备的应用中使用FPGA？

集成更多的功能、需求更多的服务、支持更多的标准、要求越来越快的面市时间，数字显示产品的设计者不断地被置于这样的压力之下。ASIC供应商能提供定制芯片满足你所需的功能，但是他们也许会花费超过一年的时间去开发日益复杂的视频/图像处理器，由此你将在制作过程中承受巨大的NRE费用。

尽管有许多由Pixelworks、Genesis、Trident、Philips和ST这样的半导体供应商提供的专用标准部分(ASSP)解决方案可供使用，但它们却不允许显示设备制造商生产自身专有的用来获取额外利润的功能。而可编程的解决方案既可以弥补ASIC解决方案的不足，因为它可以更频繁的对整个系统做出改善；而通过生产差异化的产品，它也可以弥补ASSP解决方案的不足。这样的差异来自所采用的图像增强技术的形式，来自外围设备接口、存储接口或者连通性，甚至来自例如GPIO扩展这样的简化工具。

FPGA因此成为贯彻这些功能的卓越平台，因为它是可编程的并且使用非常灵活。另外因为它的并行处理能力和集成的许多专门针对消费类显示市场的特殊功能，FPGA尤其适用于许多数字视频应用场合。举例来说这些特殊功能包括：支持视频和显示面板方面的多种接口标准、DSP功能、数字时钟管理、电压等级装换、高速I/O包选择。

具有这些功能的逻辑最佳FPGA是低价的，因为它们采用了较小的90nm工艺技术，而且在保持高晶圆良率的同时采用了较大的300mm晶圆。而互联性是可变成逻辑的传统强项。今天，随着标准和接口技术的改变，在显示设备的解决方案中，更加需要FPGA的参与。

罗颖

2019-9-2 15:29:57

低成本的基于FPGA的显示设本解决方案板

Xilinx现在提供了一款开发平台，其可以有效的设计和确认那些平板电视、背投电视以及数字投影仪领域内的前沿显示技术以加快设计面市的速度。应用这个平台，你可以创造和更改复杂的算法去增强显示设备的图像质量和色彩设置。

这个低成本的基于FPGA的显示设备解决方案板集成了逻辑最佳的90nm、一百六十万门采用484针的BGA封装的XC3S1600E FPGA芯片，结合了可配置的PROM、和在对FPGA进行任意编程时需要用到的SPI。另外，其还包括四个512 Mb x16 DDR SDRAM存储器，对于支持帧缓存来说这是非常完美的。

随同这个显示设备的解决方案板，你可以获得一个266 Mbps的SDRAM控制器和图像处理算法参考设计。还有一些可供选择的板和这个板一块提供，它们包括GPIO、USB、CameraLink 和 DVI 选择板。这些可供选择的板允许方便实现标准的显示面板和视频板之间的连接，并且允许你校验连通性解决方案和视频/图像处理算法。

图1展示了这个显示设备解决方案板的架构。作为一个显示设备的开发者，你可以运用这个板开发更高的图像质量、多样的存储接口和对于一个灵活的、低成本的、高性能的解决方案所应该具备的各种特性。你还可以合并一些重要的显示特性，比如集成微控制器，内嵌软内核的32位RISC处理器以及LVDS、RSDS和迷你LVDS接口，还包括并行数字信号处理、片上存储和在单个的逻辑最佳的90nm XC3S1600E FPGA设备上的高速外部存储访问特性。

图1：Spartan-3E显示设备解决方案板

参考设计和IP

和低成本的基于FPGA的显示设备解决方案板一起，赛灵思同时提供相关的参考设计以增强图像质量。这些针对显示解决方案的参考设计包括精确的灰度校正、图像抖动引擎、色温修正、虚假的等高线缩小等。运用这些参考设计，你可以迅速的配置一个面向市场的基本平台，然后开发其它进一步的功能，比如锐度增强、动态灰度校正或者噪音减少等。

Xilinx还有三个开发团队提供其它的显示解决方案。比如，Digital Design公司提供包括OpenGL、Symbology Overlay和Scaling/Decimation在内的经过充分测试的先进的软内核。表1展示了各种参考设计，其由Xilinx和其伙伴提供，这些伙伴都是业内致力于显示面板和视频开发板应用的公司。

图2：数字显示面板和视频板参考设计

谭怡宁

2019-9-2 15:29:59

结论

平板显示器的图像质量是高度主观化的指标，而图像增强算法的规格也在不断的发展过程当中。作为这个发展的一个结果，低成本的FPGA和其参考设计可以令你快速简易的更新你的图像增强算法。设计工程师们应该非常期待低成本的FPGA，这些FPGA已经被用于例如DVD播放器、等离子电视、以及高清电视这样的大规模消费电子应用领域，以往的成功经历可以确保这些FPGA能为设计师们的消费类应用提供高度可靠、易于应用的组件支持。当然这个低成本的FPGA在伴随着成本下降的同时，也必须不断增加新的特殊市场功能以和新的标准和参考设计保持同步。

王平

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杨悟牛

罗颖

谭怡宁

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