FPGA在平板显示器中的应用

平板电视是增长最快的一类新型消费电视。电视市场上的平板显示器有三种类型：LCD、等离子和背投(DLP)。 　　　　

凭借较低的价格和完备的特性,赛灵思Spartan-3系列独特的定位使其适用于各种数字消费类系统。其中正被广泛采用的市场之一就是平板显示器 (FPD)市场。让我们来看看FPGA在FPD系统中的一些典型用法。

前端预处理

数字RGB信号在馈入主图像处理引擎之前一般要进行某些预处理。这种预处理可以是离散传统变换、解密或隔行扫描/解隔行扫描处理。通常,这就是 FPGA结合用户的图像处理ASIC或ASSP的一般用法。一个通常用法就是辅助ASSP进行图像缩放和解隔行扫描处理。

核心处理

虽然核心图像处理通常采用标准ASSP或定制ASIC来实现,但有时也会采用FPGA来实现某些定制处理。通过联手AllianceCORE和XPERTS等合作伙伴,赛灵思可提供一系列知识产权核,以简化这些功能的设计。

此类功能的一些例子包括伽马校正、图像缩放 (image scaling)、边缘检测、锐化、对比度和帧缓冲器。用户使用的部分IP内核有：

　　* 颜色空间转换器

　　* JPEG编解码器

　　* 离散余弦变换

　　* MPEG视频编码器/解码器

图1显示了可以在FPGA中实现的各种典型的FPD功能。 

Spartan-3FPGA提供了对FPD系统设计人员非常有用的各种特性。这些特性包括可实现极高效DSP设计的嵌入式乘法器;可在流水线或多通道功能的设计中实现高性能和降低资源占用的移位寄存器;大量的内存资源;以及对显示器市场中广泛应用的差分I/O标准的内置支持。

接口

很多情况下,FPGA被用来实现到屏幕或外部存储器的接口。Spartan-3支持低摆幅差分I/O标准（如小摆幅差分信号[RSDS]）,以及其它单端标准如 SSTL/HSTL 等。

FPGA 还可用于实现定时控制单元(TCON),以控制水平和垂直像素显示格式。TCON 或多或少是个垂直和水平显示计数器。Spartan-3架构中有大量的触发器和一个内置进位链,可以高效地实现该功能。同时,Spartan-3 FPGA还拥有丰富的差分 I/O 通道,因此其架构对于实现更高I/O密集度的设计极为高效。甚至很小的一个Spartan-3E 器件也拥有足够的差分I/O资源来驱动一个大的LCD和等离子屏幕。

在许多设计中,客户常常需要有一个到高速 DDR 外部存储器的接口。赛灵思提供参考设计和应用说明,帮助用户在Spartan-3结构内构建高效的存储器控制器。

目前,Spartan-3 FPGA已在平板显示器系统中成功地实现了以下功能：

　　* SD/HD 颜色空间转换

　　* 4:4:4 到 4:2:2 向下采样

　　* 数字RGB-到-USB读卡器功能

定时控制和平板RSDS驱动器

图像压缩/解压缩

FPGA解决方案的可编程特性降低了新系统设计中存在的内在开发风险。凭借其大量其它特性,如多I/O组、片上数字时钟管理器、以及扩展块内存和分布式内存,FPGA器件还可高效地实现许多控制/连接逻辑功能,从而有效地缩小尺寸并降低复杂度和系统成本。