FPGA在机载视频图形显示系统中的优化设计

"基于FPGA的机载视频图形显示系统架构设计与优化，旨在提升系统实时性和性能。文章探讨了三种常见的系统架构：GSP+VRAM+ASIC、DSP+FPGA和基于FPGA的SOPC，并分析了各自的优缺点。作者提出了一种新的基于FPGA的系统设计，该设计专注于2D图形绘制、视频处理和叠加输出，并针对实时性、内存使用和DDR3带宽进行了优化。系统核心采用Xilinx的Kintex-7 FPGA，CPU通过PCIe接口与FPGA通信，处理来自飞控和导航系统的命令。" 在现代航空电子技术背景下，机载视频图形显示系统扮演着至关重要的角色，其实时性、显示质量和效率直接影响到飞行员的决策和飞机的安全运行。FPGA（Field-Programmable Gate Array）因其可编程性和并行处理能力，成为解决这一问题的理想选择。在本文中，作者详细介绍了基于FPGA的显示系统架构设计，着重关注如何通过优化提升系统的实时性能。 首先，文章对比了三种典型的架构：基于GSP+VRAM+ASIC的架构，虽然能提供高质量图形，但高昂的设计成本和不成熟的工艺限制了其应用；基于DSP+FPGA的架构虽然结合了两者的优势，但在CPU与DSP之间的接口设计上存在挑战；而基于FPGA的SOPC（System On a Programmable Chip）架构虽然高度集成，但在开发过程中可能会遇到逻辑与CPU融合的问题。 作者提出的方案则是在FPGA中实现2D绘图、视频处理和叠加输出的完整流程。2D绘图部分涵盖了直线、圆、字符等基本元素的快速生成，满足多种飞行参数的显示需求。视频处理模块则包含了输入视频的选择、缩放、旋转和翻转等功能，增强了系统的灵活性。叠加输出部分则将视频与图形进行合成，通过DVI输出至平显和其他记录设备，其中平显输出还需进行预畸变校正。 为了提高实时性，文章对视频处理中的关键步骤，如旋转操作，进行了深度优化。避免了单纯视频旋转后叠加再处理导致的延迟问题，确保了系统响应的及时性。此外，通过优化内部逻辑设计，减少了对BRAM的依赖，降低了DDR3的吞吐量，进一步提升了系统的整体性能。 这篇论文提供了一种基于FPGA的机载视频图形显示系统设计方法，通过合理架构设计和优化技术，实现了高性能、高实时性的显示解决方案。这种设计思路对于航空电子领域的研究人员和工程师具有重要的参考价值，为未来机载显示系统的发展提供了新的方向。