FPGA在机载显示系统中的高实时性架构优化

随着航空电子技术的飞速发展，现代机载视频图形显示系统的需求正朝着高实时性和高性能的方向演进。本文探讨了三种常见的系统架构设计策略，以满足这些需求。 首先，基于GSP+VRAM+ASIC架构，利用图形专用集成电路（ASIC）的优势来提升图形显示质量和速度。然而，国内在ASIC设计方面的挑战不容忽视，高昂的成本和工艺不成熟是其显著缺点。这表明在选择这种架构时，必须权衡技术先进性和成本效益。 其次，基于DSP+FPGA架构，利用数字信号处理器（DSP）的强大算法处理能力和FPGA的并行数据处理能力。这种设计可以有效提高图形处理性能，但存在上层CPU与硬件之间的通信复杂，导致系统集成度较低和接口设计繁琐的问题。 最后，基于FPGA的SOPC（系统级可编程芯片）架构，具备高度集成的优点，但逻辑与CPU的分离可能限制了灵活性和开发效率，尤其是在实时性要求严格的航空电子系统中。 为了优化机载显示系统，本文提出了一种基于FPGA的图形生成与视频处理系统。该系统的核心是Xilinx的Kintex-7 FPGA，它能够实时地处理来自飞控和导航系统的数据，生成2D图形和字符，并能与外景视频图像无缝融合。优化的重点在于提高实时性，减少内部块随机存取存储器（BRAM）的使用，以及降低对DDR3数据传输速率的需求。 系统架构设计包括两大部分：（1）上层CPU负责数据预处理和格式化，然后通过PCIe接口发送至FPGA；（2）FPGA内部则进行复杂的逻辑模块设计和优化，确保图形绘制和视频处理的高效执行。 本文的研究旨在解决机载显示系统在实时性和效率上的挑战，通过FPGA技术的运用，期望提供一种更高效、成本更低的解决方案，以适应航空电子技术的快速发展。未来的工作将继续深入研究和优化这一系统，以达到航空电子系统设计的更高标准。