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視頻行業(yè)正逐漸向更為復(fù)雜和綜合的處理解決方案方向發(fā)展，而要求苛刻的下一代視頻壓縮標準對視頻系統(tǒng)性能的要求也超出了標準DSP所能夠提供的性能。 因此，很自然地，許多設(shè)計先進視頻設(shè)備的企業(yè)轉(zhuǎn)向了FPGA平臺。 特別是許多企業(yè)開始選用了在軍用、汽車、醫(yī)療、消費、工業(yè)和安全應(yīng)用中獲得了廣泛應(yīng)用的Xilinx Spartan-3A DSP。這一解決方案能夠以不到30美元的成本提供高于20 GMACs的DSP性能。 除了高性能以外，這一FPGA綜合解決方案還可支持DSP，并通過在系統(tǒng)中使用MicroBlaze 處理器來支持嵌入式處理。 這些特性為特殊的細分市場提供了OS支持和驅(qū)動。 賽靈思公司最近更新了XtremeDSP視頻入門套件(Video Starter Kit)—Spartan-3A版本，幫助設(shè)計人員快速進入此類高級設(shè)計，加快開發(fā)速度。 無論針對哪種應(yīng)用，這一套件都可幫助你快速開發(fā)高級視頻系統(tǒng)。 表1 參考設(shè)計 針對Spartan-3A的XtremeDSP視頻入門套件 (VSK)最新2.0版為加快基于賽靈思FPGA的視頻應(yīng)用開發(fā)提供了一個全面的綜合平臺，旨在充分發(fā)揮Spartan-3A DSP FPGA系列器件的成本和性能優(yōu)勢。這一最新版入門套件提供了最新的視頻參考設(shè)計，該參考設(shè)計基于嵌入式設(shè)計框架，允許客戶更加集中于開發(fā)獨特的增值功能。 這一視頻入門套件提供的多種參考設(shè)計可以加快基于賽靈思FPGA的視頻應(yīng)用開發(fā)速度。 每款參考設(shè)計都基于一個通用框架，并且支持多種視頻數(shù)據(jù)I/O接口連接FPGA。 表1列出了每種參考設(shè)計以及相應(yīng)的視頻處理和連接能力。 圖 1 相機參考設(shè)計 通過實現(xiàn)視頻系統(tǒng)中通用的特殊數(shù)據(jù)流，這些參考設(shè)計可幫助加快系統(tǒng)開發(fā)速度。 在如圖1所示的相機參考設(shè)計中，一部相機提供RAW圖像數(shù)據(jù)給FPGA進行處理和顯示。 該視頻入門套件為參考設(shè)計提供了所有需要的源文件和項目文件，開發(fā)人員可利用這些文件作為起點。在相機參考設(shè)計中，相機處理模塊是在System Generator中開發(fā)的，然后在EDK嵌入式系統(tǒng)中作為專用硬件外設(shè)集成進來。這樣硬件設(shè)計人員就可以方便地移除例子中的圖像處理設(shè)計，代之以特定設(shè)計所需要的功能，并將其集成到系統(tǒng)中，不需要再重新設(shè)計支持硬件外設(shè)。 嵌入式處理 升級到復(fù)雜硬件加速處理系統(tǒng)也就意味著需要嵌入式處理能力來完成所有實時控制、配置和系統(tǒng)交互功能。 這種緊密集成意味著設(shè)計人員可以將System Generator中完成的DSP設(shè)計轉(zhuǎn)換為Platform.Studio專用外設(shè)，并利用PLB總線將其連接到基本系統(tǒng)。 這樣系統(tǒng)設(shè)計師就可以通過采用MicroBlazev7軟內(nèi)核處理器方便地完成系統(tǒng)控制和現(xiàn)有系統(tǒng)軟件的移植。通過充分發(fā)揮器件的靈活性將硬件配置針對特定應(yīng)用而優(yōu)化的硬件架構(gòu)，設(shè)計人員可以獲得更高性能并實現(xiàn)更高的系統(tǒng)集成度。從相機參考設(shè)計入手，一名軟件開發(fā)人員從第一天開始可利用EDK軟件開發(fā)工具開始實現(xiàn)操作系統(tǒng)并對應(yīng)用層進行編程(圖2)。 這一靈活性提高了開發(fā)過程的靈活性程度，同時也降低了設(shè)計復(fù)雜性。 XtremeDSP視頻入門套件為硬件或軟件開發(fā)人員提供了一個全面且易于使用的設(shè)計環(huán)境，包括豐富的示例應(yīng)用以及全面的標準賽靈思設(shè)計工具流支持。 這種組合可幫助加快設(shè)計流程并且可支持更好地實現(xiàn)最終產(chǎn)品的差異化。 圖2 VSK上的應(yīng)用編程 圖3 相機參考設(shè)計的System Generator框圖 硬件加速 現(xiàn)在，應(yīng)用所需要的處理帶寬正在逐漸超出獨立DSP處理器現(xiàn)有的處理能力，因此硬件加速正在成為許多視頻應(yīng)用中所必需的部分。FPGA在支持硬件加速的同時還在系統(tǒng)集成和架構(gòu)重新劃分方面提供了額外的好處。 從獨立系統(tǒng)處理器遷移到集成協(xié)處理器的系統(tǒng)架構(gòu)需要進行許多設(shè)計探索，因為硬件設(shè)計師正在研究需要加速的不同功能。在此過程中遇到的第一個挑戰(zhàn)是需要不同的設(shè)計流程來支持采用MATLAB和Simulink進行抽象層編程，并且可實現(xiàn)與現(xiàn)有VHDL/Verilog設(shè)計的方便集成。 設(shè)計人員首先可以利用可選的視頻和圖像處理模塊集以MATLAB或Simulink模型方式來實現(xiàn)視頻算法設(shè)計。隨著開發(fā)進入下一階段，硬件實現(xiàn)可通過System Generator for DSP完成。System Generator forDSP提供了豐富的可用于Simulink建模環(huán)境的針對賽靈思器件而優(yōu)化的DSP構(gòu)建模塊(參見圖3)。 一旦硬件設(shè)計在System Generator中完成，利用硬件嵌入的協(xié)同仿真功能可以加快驗證速度。 對于復(fù)雜系統(tǒng)，這可以大大縮短測試運行時間，從而能夠在給定的時間里完成更多次設(shè)計循環(huán)。 結(jié)合豐富的參考設(shè)計，XtremeDSP視頻入門套件–Spartan-3ADSP 版本為視頻開發(fā)人員提供了一個理想的平臺，支持從流式視頻數(shù)據(jù)直到幀緩沖器式視頻數(shù)據(jù)的多種不同模式。 利用SystemGenerator，視頻開發(fā)人員可以快速設(shè)計和驗證硬件外設(shè)。硬件外設(shè)和嵌入式處理能力的集成可以加快工業(yè)圖像、廣播、消費、醫(yī)療和汽車等眾多應(yīng)用中復(fù)雜視頻系統(tǒng)的開發(fā)速度。 |
