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視頻行業(yè)正逐漸向更為復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，許多設計先進(jìn)視頻設備的企業(yè)轉向了FPGA平臺。 特別是許多企業(yè)開(kāi)始選用了在軍用、汽車(chē)、醫療、消費、工業(yè)和安全應用中獲得了廣泛應用的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(guò)在系統中使用MicroBlaze 處理器來(lái)支持嵌入式處理。 這些特性為特殊的細分市場(chǎng)提供了OS支持和驅動(dòng)。 賽靈思公司最近更新了XtremeDSP視頻入門(mén)套件(Video Starter Kit)—Spartan-3A版本，幫助設計人員快速進(jìn)入此類(lèi)高級設計，加快開(kāi)發(fā)速度。 無(wú)論針對哪種應用，這一套件都可幫助你快速開(kāi)發(fā)高級視頻系統。 表1 參考設計 針對Spartan-3A的XtremeDSP視頻入門(mén)套件 (VSK)最新2.0版為加快基于賽靈思FPGA的視頻應用開(kāi)發(fā)提供了一個(gè)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(mén)套件提供了最新的視頻參考設計，該參考設計基于嵌入式設計框架，允許客戶(hù)更加集中于開(kāi)發(fā)獨特的增值功能。 這一視頻入門(mén)套件提供的多種參考設計可以加快基于賽靈思FPGA的視頻應用開(kāi)發(fā)速度。 每款參考設計都基于一個(gè)通用框架，并且支持多種視頻數據I/O接口連接FPGA。 表1列出了每種參考設計以及相應的視頻處理和連接能力。 圖 1 相機參考設計 通過(guò)實(shí)現視頻系統中通用的特殊數據流，這些參考設計可幫助加快系統開(kāi)發(fā)速度。 在如圖1所示的相機參考設計中，一部相機提供RAW圖像數據給FPGA進(jìn)行處理和顯示。 該視頻入門(mén)套件為參考設計提供了所有需要的源文件和項目文件，開(kāi)發(fā)人員可利用這些文件作為起點(diǎn)。在相機參考設計中，相機處理模塊是在System Generator中開(kāi)發(fā)的，然后在EDK嵌入式系統中作為專(zhuān)用硬件外設集成進(jìn)來(lái)。這樣硬件設計人員就可以方便地移除例子中的圖像處理設計，代之以特定設計所需要的功能，并將其集成到系統中，不需要再重新設計支持硬件外設。 嵌入式處理 升級到復雜硬件加速處理系統也就意味著(zhù)需要嵌入式處理能力來(lái)完成所有實(shí)時(shí)控制、配置和系統交互功能。 這種緊密集成意味著(zhù)設計人員可以將System Generator中完成的DSP設計轉換為Platform.Studio專(zhuān)用外設，并利用PLB總線(xiàn)將其連接到基本系統。 這樣系統設計師就可以通過(guò)采用MicroBlazev7軟內核處理器方便地完成系統控制和現有系統軟件的移植。通過(guò)充分發(fā)揮器件的靈活性將硬件配置針對特定應用而優(yōu)化的硬件架構，設計人員可以獲得更高性能并實(shí)現更高的系統集成度。從相機參考設計入手，一名軟件開(kāi)發(fā)人員從第一天開(kāi)始可利用EDK軟件開(kāi)發(fā)工具開(kāi)始實(shí)現操作系統并對應用層進(jìn)行編程(圖2)。 這一靈活性提高了開(kāi)發(fā)過(guò)程的靈活性程度，同時(shí)也降低了設計復雜性。 XtremeDSP視頻入門(mén)套件為硬件或軟件開(kāi)發(fā)人員提供了一個(gè)全面且易于使用的設計環(huán)境，包括豐富的示例應用以及全面的標準賽靈思設計工具流支持。 這種組合可幫助加快設計流程并且可支持更好地實(shí)現最終產(chǎn)品的差異化。 圖2 VSK上的應用編程 圖3 相機參考設計的System Generator框圖 硬件加速 現在，應用所需要的處理帶寬正在逐漸超出獨立DSP處理器現有的處理能力，因此硬件加速正在成為許多視頻應用中所必需的部分。FPGA在支持硬件加速的同時(shí)還在系統集成和架構重新劃分方面提供了額外的好處。 從獨立系統處理器遷移到集成協(xié)處理器的系統架構需要進(jìn)行許多設計探索，因為硬件設計師正在研究需要加速的不同功能。在此過(guò)程中遇到的第一個(gè)挑戰是需要不同的設計流程來(lái)支持采用MATLAB和Simulink進(jìn)行抽象層編程，并且可實(shí)現與現有VHDL/Verilog設計的方便集成。 設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(lái)實(shí)現視頻算法設計。隨著(zhù)開(kāi)發(fā)進(jìn)入下一階段，硬件實(shí)現可通過(guò)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構建模塊(參見(jiàn)圖3)。 一旦硬件設計在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。 對于復雜系統，這可以大大縮短測試運行時(shí)間，從而能夠在給定的時(shí)間里完成更多次設計循環(huán)。 結合豐富的參考設計，XtremeDSP視頻入門(mén)套件–Spartan-3ADSP 版本為視頻開(kāi)發(fā)人員提供了一個(gè)理想的平臺，支持從流式視頻數據直到幀緩沖器式視頻數據的多種不同模式。 利用SystemGenerator，視頻開(kāi)發(fā)人員可以快速設計和驗證硬件外設。硬件外設和嵌入式處理能力的集成可以加快工業(yè)圖像、廣播、消費、醫療和汽車(chē)等眾多應用中復雜視頻系統的開(kāi)發(fā)速度。 |
