基于雙處理器系統(tǒng)的圖形生成電路實(shí)現(xiàn)方法

摘 要： 機(jī)載顯示器分辨率越來越高，顯示內(nèi)容越來越復(fù)雜，這對(duì)圖形生成電路提出了更高的要求。提出了一種基于雙處理器系統(tǒng)的圖形生成電路實(shí)現(xiàn)方法，以兩片DSP處理器作為繪圖核心，配合FPGA和SDRAM幀存構(gòu)建硬件平臺(tái)，由主DSP進(jìn)行繪圖任務(wù)分配，并將任務(wù)分配結(jié)果通過Linkport口傳遞給從DSP，主從DSP根據(jù)任務(wù)分配結(jié)果并行完成圖形生成算法運(yùn)算，從DSP通過Linkport口向主DSP發(fā)送圖形數(shù)據(jù)，主DSP將圖形數(shù)據(jù)寫入SDRAM幀存中,配合FPGA對(duì)SDRAM進(jìn)行乒乓操作完成圖形數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)生成與顯示。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法與單處理器方案相比，在功耗僅增加15%的情況下圖形生成效率可提高53%以上，生成一幅1024×768的EFIS電子飛行顯示系統(tǒng)畫面幀率可達(dá)86 f/s。

0 引言

現(xiàn)代飛機(jī)座艙顯示系統(tǒng)向駕駛員提供飛行器、發(fā)動(dòng)機(jī)和其他系統(tǒng)所測試的參數(shù)，包括從起飛、導(dǎo)航、著陸等全過程所需要的各種信息[1]。隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，座艙顯示系統(tǒng)需要處理的實(shí)時(shí)信息量不斷增加，對(duì)機(jī)載顯示處理系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性、有效性和快速圖形處理能力提出了更高的要求[2]，主顯示器尺寸不斷加大，分辨率不斷提高，并日益朝著大屏幕化、綜合化、信息化和智能化方向發(fā)展,向飛行員傳遞的飛機(jī)參數(shù)越來越依賴于圖形顯示[3-5]。

圖形生成電路是座艙顯示系統(tǒng)的核心部分，其主要功能是根據(jù)飛機(jī)任務(wù)、飛機(jī)狀態(tài)和周邊態(tài)勢等信息生成相應(yīng)的顯示畫面，以供飛行員進(jìn)行觀察。軍用飛機(jī)在做戰(zhàn)術(shù)動(dòng)作時(shí),畫面變換速度快,要求圖形的更新速度也必須很快,至少要比幀或場的刷新速度快,才可以避免畫面的斷續(xù)[6-7]。目前，在役各型飛機(jī)的機(jī)載顯示器一般采用單個(gè)DSP+FPGA的架構(gòu)完成圖形生成功能。其中DSP負(fù)責(zé)圖形生成指令的發(fā)起和圖形生成算法的實(shí)現(xiàn)，F(xiàn)PGA負(fù)責(zé)將DSP圖形生成的結(jié)果輸出顯示。由于某些字符圖形顯示內(nèi)容（天地球、全羅盤等）生成步驟復(fù)雜，且對(duì)生成圖形質(zhì)量要求很高（要求反走樣等），導(dǎo)致在生成一幀顯示圖形時(shí)單個(gè)DSP的計(jì)算量過大，造成機(jī)載顯示器字符圖形生成周期過長，數(shù)據(jù)刷新的實(shí)時(shí)性不能得到保證；或者在面臨較高分辨率的字符圖形生成任務(wù)時(shí)，在要求的數(shù)據(jù)刷新周期（例如25 ms）內(nèi)無法完成指定分辨率字符圖形的生成計(jì)算。由于上述因素的制約，使用單DSP進(jìn)行字符圖形生成的傳統(tǒng)方法已不能滿足未來機(jī)載顯示器字符圖形的生成需求，研制出一種具有更高性能的機(jī)載顯示器圖形生成裝置勢在必行。

本文提出一種基于雙DSP處理器+FPGA架構(gòu)的圖形生成電路實(shí)現(xiàn)方法，利用雙DSP協(xié)同進(jìn)行圖形生成運(yùn)算處理，可以顯著提高圖形生成效率和系統(tǒng)能效比，滿足機(jī)載顯示器高分辨率圖形實(shí)時(shí)生成與顯示需求。

1 系統(tǒng)原理

1.1 硬件構(gòu)成

本系統(tǒng)硬件原理框圖如圖1所示。

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系統(tǒng)主要由主從雙片DSP、FPGA、SDRAM、Flash、EPROM等模塊組成，其中，主從雙片DSP負(fù)責(zé)繪圖運(yùn)算，通過Linkport通信接口完成數(shù)據(jù)交互。SDRAM是系統(tǒng)幀存部件，用于存放繪圖運(yùn)算結(jié)果數(shù)據(jù)。FPGA是系統(tǒng)數(shù)據(jù)的交互和控制中心，配合主DSP對(duì)SDRAM幀存以乒乓操作的方式完成繪圖數(shù)據(jù)的讀寫處理。Flash用于存儲(chǔ)畫面顯示軟件，EPROM用于存儲(chǔ)FPGA程序。

1.2 顯示軟件

系統(tǒng)作圖時(shí)，根據(jù)畫面內(nèi)容要求，主DSP（DSP1）將作圖任務(wù)劃分成若干個(gè)基本作圖單元，并根據(jù)各任務(wù)計(jì)算量和通信時(shí)間等因素的約束，將部分任務(wù)分配給從DSP（DSP2）計(jì)算。這時(shí)DSP1向DSP2發(fā)送任務(wù)編號(hào)或者根據(jù)任務(wù)預(yù)先分配結(jié)果發(fā)送開始作圖標(biāo)志，DSP2收到相應(yīng)內(nèi)容后，啟動(dòng)作圖任務(wù)，并將作圖結(jié)果保存下來，待任務(wù)完成后DSP2將計(jì)算結(jié)果通過Linkport端口發(fā)送至DSP1進(jìn)行同步顯示。雙DSP軟件的接口關(guān)系如圖2所示。

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雙DSP圖形畫面顯示軟件由主DSP(DSP1)和從DSP(DSP2)的兩部分軟件組成。其功能模塊框圖如圖3所示。DSP1畫面顯示軟件主要包括初始化模塊和主模塊，初始化模塊完成DSP系統(tǒng)寄存器、SDRAM、Linkport接口、調(diào)色板等初始化功能，主模塊由Linkport通信與數(shù)據(jù)傳輸模塊和畫面顯示模塊組成，其中通信與數(shù)據(jù)傳輸模塊完成與從DSP的LinkPort通信、任務(wù)分配與同步等功能，畫面顯示模塊完成DSP1的作圖計(jì)算與顯示等功能。從DSP由初始化模塊及主模塊組成，初始化模塊主要完成DSP系統(tǒng)寄存器和LinkPort接口等初始化任務(wù)，主模塊由通信與數(shù)據(jù)傳輸模塊和作圖計(jì)算模塊等組成，通信與數(shù)據(jù)傳輸模塊完成接收主DSP的控制命令和將作圖計(jì)算結(jié)果發(fā)送給主DSP等兩項(xiàng)功能；作圖處理模塊完成分配的作圖任務(wù)，并將相應(yīng)的計(jì)算結(jié)果（對(duì)應(yīng)像素點(diǎn)信息）保存下來。

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2 Linkport通信端口