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应用Spartan-3 FPGA设计数字显示器
[2008.7.1]
作者：Glen Crow，Xilinx公司通用产品部战略营销经理

数字显示器市场的参与者不断追求着产品性能的改进、系统总成本的降低，导致显示器型号一年变化四次之多。随着显示器产品的发展，这些变化同样会带来挑战。为了获得竞争力，在很短的上市时间(TTM)内组合正确的功能特性成为了设计公司的标准业务模式。否则，选择错误的特性将会使产品的市场份额下降，由此对收入产生不利影响。

必须延长现有ASIC的寿命来达到成本目标。ASIC不能包含最新的特殊功能特性，并且无法修改设计，其TTM无法跟上这个快速发展的市场。当ASIC由于设计错误或新近要求的特性而需要重制时，就可能会失去市场先机。

Xilinx公司把Spartan-3 FPGA安排在ASIC旁边，由此解决了这个问题。结果延长了ASIC的寿命，使开发和工程成本能被更多器件分摊。这促成了快速TTM，并使人们能在整个设计流程的任何位置把众多特性包含进来。

把ASIC与FPGA结合起来，就能提供最佳设计灵活性，由此使设计能被迅速升级，跟上市场步伐，同时可以使设计公司最大程度地受益于将在未来产品中重复使用的设计部分。

五年多以来，Spartan-3 FPGA帮助数字显示器设计师降低了系统成本和复杂度，同时集成了独特的新特性。这些FPGA无需外部元件，提供了业内成本最低的解决方案。

本文说明了Xilinx公司的消费型显示器解决方案如何轻松包含复杂的视频图像增强算法，如何实现无缺陷高速面板接口，以及如何使人们能立即利用行业最广泛的I/O接口支持，来改变标准和协议。

视频图像增强

Xilinx Spartan-3 FPGA提供图像处理前期和后期功能，来增强现有ASIC/ASSP并延长其寿命。随着显示器技术和尺寸的改变，需要对图像做当前ASIC/ASSP无法执行的调节。还可能使用某种定制的图像处理算法来实现产品增强和差异化。

如图1所示，一号和二号功能模块能轻松实现多种功能，比如运动适应时间降噪、伪影滤波器解隔行、帧内降噪、颜色空间转换器，以及动态范围压缩，以便提高图像质量。借助嵌入式乘法器、DSP、RAM，可以轻松实现这些功能，来实现产品差异化。

无障碍面板接口

所有新一代显示器都集成了多种面板尺寸和类型，包含独特的接口、时序和图像特征。较新型的LCD面板更加复杂，具有动态背光和环境光控制等特性。Spartan-3 FPGA支持最新的接口I/O标准以及灵活的时序控制器，来适应不同的面板时序变化。

另外，设计师可轻松地实现图像处理，来增强每块面板的图像质量，并改善背光控制等特性，以便实现更生动的颜色。这代表了能在二号和三号模块中实现的一些功能（图1）。

跟上新型面板技术和面板接口标准的最佳途径就是利用具有本地支持（无外部元件）的FPGA。这类FPGA适合于最新的差分标准，比如最小化传输差分信号(TMDS)和点到点差分信号(PPDS)。

迅速运用不断变化的标准和协议

目前的显示器必须支持各种标准和协议，包括视频输入（如DVI和HDMI）、内部存储器、ASSP/ASIC、面板接口等。Spartan-3 FPGA使显示器依然能连接DDR、DDR2、USB、Firewire(IEEE1394)等标准的现有接口。多种接口可能随型号而变化，如图1中的四号和五号功能模块所示。

由于消费者需要数字显示器具有更多特性，因此唯一的迅速响应途径就是通过可编程解决方案。Spartan-3 FPGA提供了对网络、硬驱、多种存储器接口以及最新数字视频接口的支持能力。

对不同标准或其组合的支持就像用MultiBoot来重新配置一样容易。MultiBoot使人们能简单地重新配置Spartan-3 FPGA（它支持低成本串行、并行、平台闪存配置器件），由此改变功能。

借助内建设计级安全性来提供保护

保护有价值的专有图像增强算法和时序控制系统，使它们免于克隆、私下复制和逆向工程，这已变得日益关键。一个主要特性是低成本、耐用的安全性，它能被迅速设计以便保护产品改进措施，并且不妨碍快速TTM。

Xilinx公司提供许多安全级别，从隐藏的比特流一直到预先数据处理。Spartan-3 FPGA提供了恰当的安全解决方案来帮助保护高批量低成本产品中的关键IP、数据和完整设计。由于能轻松灵活地改变安全特性，因此每个显示器型号或每一代显示器都能拥有不同方案，使得关键电路或IP的篡改或剽窃的可能性日趋减小。

绿色化

越来越多的法规都在要求消费产品降低待机功耗。Spartan-3提供多种省电模式来帮助人们实现功率预算目标。所有Spartan-3A、3AN、3A DSP器件平台均提供暂停模式和休眠模式。休眠模式能使静态功率降低99%，而暂停模式将使静态功率降低至少40%。

结束语

Spartan-3 FPGA为当今数字显示器设计师提供了最佳低成本可编程解决方案。将可编程逻辑的灵活性与对前沿I/O的本地支持及接口支持、多种IP、灵活的设计级安全性、多种开发板和初学者工具包结合起来，来迅速设计和测试视频应用。

并且内置安全性无需额外元件，使设计人员能运用各种领先标准，并能重复使用自己的重负荷ASIC或ASSP并延长它的有用期。

Captions：

图1. 该示意图描绘了五个不同功能模块，在两块单独的板上用黄色虚线标出，设计人员能在一块Spartan-3器件中实现它们。根据设计要求和成本目标的不同，视频/调谐器或面板显示板上的一个或所有获得Xilinx支持的功能模块均能在单一器件中得到实现。

Click here for the illustration:

Figure 1

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