FPGA驱动的高实时航空显示系统架构优化

本文主要探讨了基于FPGA的机载显示系统架构设计与优化，针对现代航空电子技术对实时性和性能的高需求，提出了三种常见的机载视频图形显示系统架构： 1. **GSP+VRAM+ASIC架构**：虽然图形专用ASIC可以提升图形显示质量和速度，但其高昂的设计成本和工艺限制了其在国内的应用。这种架构的优势在于专业处理能力，但集成度和成本成为挑战。 2. **DSP+FPGA架构**：此架构利用DSP的强大算法处理能力和FPGA的数据并行执行，提高了图形处理性能。然而，系统集成度不高，且接口设计复杂，限制了整体效率。 3. **FPGA的SOPC（系统级可编程芯片）架构**：虽然集成度高，但逻辑和CPU合二为一，使得开发过程可能较为复杂，不利于灵活的软件定义。 本文创新之处在于设计了一种基于FPGA的系统，能实现2D图形绘制、字符显示以及飞行参数画面的实时显示，并能够叠加外景视频。设计着重优化了系统性能，目标是提高实时性，减少内部BRAM资源的消耗，降低DDR3的吞吐量。 - **总体架构设计**：选择了Xilinx的Kintex-7 FPGA作为核心，构建高实时性的系统，上层CPU负责数据预处理和传输至FPGA。 - **系统架构设计细节**： - **2D绘图模块**：负责快速生成直线、圆和字符等基本图形。 - **视频处理模块**：包括视频选择、缩放、旋转和翻转等功能，确保视频与图形的实时叠加。 - **叠加输出**：视频作为背景与图形叠加后，分别通过预畸变校正和直接输出到不同的显示设备，如平显和地面记录设备。 - **实时性优化**：作者特别关注视频处理的实时性，比如在处理视频旋转时，强调了在图形叠加前完成视频处理的重要性，以确保整体系统的响应速度。 通过以上设计和优化，本文旨在解决现有架构中的局限性，寻求更加高效、实时的机载显示系统解决方案，以适应航空电子领域的快速发展需求。