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摘要：新版XtremeDSP視頻入門(mén)套件(video Starter Kit)Spartan-3A DSP FPGA Edition 2為復(fù)雜的高清晰系統(tǒng)提供了高性能開(kāi)發(fā)平臺(tái)。

關(guān)鍵詞：XtremeDSP；Spartan-3A；

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(biāo)準(zhǔn)對(duì)視頻系統(tǒng)性能的要求也超出了標(biāo)準(zhǔn)DSP所能夠提供的性能。因此，很自然地，許多設(shè)計(jì)先進(jìn)視頻設(shè)備的企業(yè)轉(zhuǎn)向了FPGA平臺(tái)。特別是許多企業(yè)開(kāi)始選用了在軍用、汽車(chē)、醫(yī)療、消費(fèi)、工業(yè)和安全應(yīng)用中獲得了廣泛應(yīng)用的Xilinx Spartan-3ADSP。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(tǒng)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(xì)分市場(chǎng)提供了OS支持和驅(qū)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(shè)計(jì)人員快速進(jìn)入此類(lèi)高級(jí)設(shè)計(jì)，加快開(kāi)發(fā)速度。無(wú)論針對(duì)哪種應(yīng)用，這一套件都可幫助你快速開(kāi)發(fā)高級(jí)視頻系統(tǒng)。

視頻入門(mén)套件2.0版本

針對(duì)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(yīng)用開(kāi)發(fā)提供了一個(gè)全面的綜合平臺(tái)，旨在充分發(fā)揮Spartan-3A DSPFPGA系列器件的成本和性能優(yōu)勢(shì)。這一最新版入門(mén)套件提供了新的視頻參考設(shè)計(jì)，該參考設(shè)計(jì)基于嵌入式設(shè)計(jì)框架，允許客戶(hù)更加集中于開(kāi)發(fā)獨(dú)特的增值功能。

這一視頻入門(mén)套件提供的多種參考設(shè)計(jì)可以加快基于賽靈思FPGA的視頻應(yīng)用開(kāi)發(fā)速度。每款參考設(shè)計(jì)都基于一個(gè)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(jì)以及相應(yīng)的視頻處理和連接能力。

通過(guò)實(shí)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(jì)可幫助加快系統(tǒng)開(kāi)發(fā)速度。在如圖1所示的相機(jī)參考設(shè)計(jì)中，一部相機(jī)提供RAW圖像數(shù)據(jù)給FPGA進(jìn)行處理和顯示。

該視頻入門(mén)套件為參考設(shè)計(jì)提供了所有需要的源文件和項(xiàng)目文件，開(kāi)發(fā)人員可利用這些文件作為起點(diǎn)。在相機(jī)參考設(shè)計(jì)中，相機(jī)處理模塊是在System Generator中開(kāi)發(fā)的，然后在EDK嵌入式系統(tǒng)中作為專(zhuān)用硬件外設(shè)集

成進(jìn)來(lái)。這樣硬件設(shè)計(jì)人員就可以方便地移除例子中的圖像處理設(shè)計(jì)，代之以特定設(shè)計(jì)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(jì)支持硬件外設(shè)。

嵌入式處理

升級(jí)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(lái)完成所有實(shí)時(shí)控制、配置和系統(tǒng)交互功能。

這種緊密集成意味著設(shè)計(jì)人員可以將System Generator中完成的DSP設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換為Platform Studio專(zhuān)用外設(shè)，并利用PLB總線(xiàn)將其連接到基本系統(tǒng)。這樣系統(tǒng)設(shè)計(jì)師就可以通過(guò)采用MicroBlaze v7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(guò)充分發(fā)揮器件的靈活性將硬件配置針對(duì)特定應(yīng)用而優(yōu)化的硬件架構(gòu)，設(shè)計(jì)人員可以獲得更高性能并實(shí)現(xiàn)更高的系統(tǒng)集成度。從相機(jī)參考設(shè)計(jì)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(xiàn)操作系統(tǒng)并對(duì)應(yīng)用層進(jìn)行編程(圖2)。

這一靈活性提高了開(kāi)發(fā)過(guò)程的靈活程度，同時(shí)也降低了設(shè)計(jì)復(fù)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(shè)計(jì)環(huán)境，包括豐富的示例應(yīng)用以及全面的標(biāo)準(zhǔn)賽靈思設(shè)計(jì)工具流支持。這種組合可幫助加快設(shè)計(jì)流程并且可支持更好地實(shí)現(xiàn)最終產(chǎn)品的差異化。

System Generator支持采用Spartan-3A DSP 3400A開(kāi)發(fā)平臺(tái)的硬件嵌入?yún)f(xié)同仿真(hardware in-the-loop co-simulation)，可以將Simulink仿真的性能加快近100倍。這一加速解決方案支持利用The Mathworks的Data Acquisifion Toolbox將實(shí)時(shí)視頻流讀取到Simulink中，從而可以更好地支持視頻算法開(kāi)發(fā)和調(diào)試。

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(dú)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(shí)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(dú)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(jìn)行許多設(shè)計(jì)探索，因?yàn)橛布O(shè)計(jì)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(zhàn)是需要不同的設(shè)計(jì)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(xiàn)與現(xiàn)有VHDL／Verilog設(shè)計(jì)的方便集成。

設(shè)計(jì)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(xiàn)視頻算法設(shè)計(jì)。隨著開(kāi)發(fā)進(jìn)入下一階段，硬件實(shí)現(xiàn)可通過(guò)System Generatorfor DSP完成。System Generator for DSP提供了

豐富的可用于Simulink建模環(huán)境的針對(duì)賽靈思器件而優(yōu)化的DSP構(gòu)建模塊(參見(jiàn)圖3)。

一旦硬件設(shè)計(jì)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(yàn)證速度。對(duì)于復(fù)雜系統(tǒng)，這可以大大縮短測(cè)試運(yùn)行時(shí)間，從而能夠在給定的時(shí)間里完成更多次設(shè)計(jì)循環(huán)。

結(jié)合豐富的參考設(shè)計(jì)，XtremeDSP視頻入門(mén)套件一Spartan-3A DSP版本為視頻開(kāi)發(fā)人員提供了一個(gè)理想的平臺(tái)，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System Generator，視頻開(kāi)發(fā)人員可以快速設(shè)計(jì)和驗(yàn)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(fèi)、醫(yī)療和汽車(chē)等眾多應(yīng)用中復(fù)雜視頻系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)速度。