基于FPGA的機載視頻圖形顯示系統設計

　　隨著航空電子技術的不斷發展，現代機載視頻圖形顯示系統對于實時性等性能的要求日益提高。常見的系統架構主要分為三種：

　?。?）基于 GSP+VRAM+ASIC 的架構，優點是圖形 ASIC 能夠有效提高圖形顯示質量和速度，缺點是國內復雜 ASIC 設計成本極高以及工藝還不成熟。

　?。?）基于 DSP+FPGA 的架構，優點是，充分發揮 DSP 對算法分析處理和 FPGA對數據流并行執行的獨特優勢，提高圖形處理的性能；缺點是，上層 CPU 端將OpenGL 繪圖函數封裝后發給 DSP，DSP 拆分后再調用 FPGA，系統的集成度不高，接口設計復雜。

　?。?）基于 FPGA 的 SOPC 架構，優點是，集成度非常高；缺點是邏輯與 CPU 整合到一起，不利于開發。

　　經過對比，機載視頻圖形顯示系統的架構設計具有優化空間，值得進一步的深入研究，從而設計出實時性更高的方案。

　　本文設計一種基于 FPGA 的圖形生成與視頻處理系統，能夠實現 2D 圖形和字符的繪制，構成各種飛行參數畫面，同時疊加外景視頻圖像。在保證顯示質量的同時，對其進行優化，進一步提高實時性、減少內部 BRAM 的使用、降低DDR3的吞吐量。

　　本系統總體設計方案如圖 1 所示。以 Xilinx 的 Kintex-7 FPGA 為核心，構建出一個實時性高的機載視頻圖形顯示系統。上層 CPU 接收來自飛控、導航等系統的圖形和視頻控制命令，對數據進行格式化和預處理后，通 過 PCIe 接口傳送給FPGA。本文主要是進行 FPGA 內部邏輯模塊的設計和優化。