賽靈思新版視頻入門套件加快視頻開發速度

發布時間：2009-5-29 11:37 發布者：FPGA

視頻行業正逐漸向更為復雜和綜合的處理解決方案方向發展，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，許多設計先進視頻設備的企業轉向了FPGA平臺。特別是許多企業開始選用了在軍用、汽車、醫療、消費、工業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，并通過在系統中使用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，幫助設計人員快速進入此類高級設計，加快開發速度。無論針對哪種應用，這一套件都可幫助你快速開發高級視頻系統。
　　表1 參考設計

　　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的視頻應用開發提供了一個全面的綜合平臺，旨在充分發揮Spartan-3A DSP FPGA系列器件的成本和性能優勢。這一最新版入門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，允許客戶更加集中于開發獨特的增值功能。
　　這一視頻入門套件提供的多種參考設計可以加快基于賽靈思FPGA的視頻應用開發速度。每款參考設計都基于一個通用框架，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

　　插文：從相機參考設計入手，一名軟件開發人員從第一天開始可利用EDK軟件開發工具開始實現操作系統并對應用層進行編程。
　　通過實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發速度。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進行處理和顯示。
　　該視頻入門套件為參考設計提供了所有需要的源文件和項目文件，開發人員可利用這些文件作為起點。在相機參考設計中，相機處理模塊是在System Generator中開發的，然后在EDK嵌入式系統中作為專用硬件外設集成進來。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需要嵌入式處理能力來完成所有實時控制、配置和系統交互功能。
　　這種緊密集成意味著設計人員可以將System Generator中完成的DSP設計轉換為Platform.Studio專用外設，并利用PLB總線將其連接到基本系統。這樣系統設計師就可以通過采用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。通過充分發揮器件的靈活性將硬件配置針對特定應用而優化的硬件架構，設計人員可以獲得更高性能并實現更高的系統集成度。從相機參考設計入手，一名軟件開發人員從第一天開始可利用EDK軟件開發工具開始實現操作系統并對應用層進行編程(圖2)。
　　這一靈活性提高了開發過程的靈活性程度，同時也降低了設計復雜性。 XtremeDSP視頻入門套件為硬件或軟件開發人員提供了一個全面且易于使用的設計環境，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現最終產品的差異化。

　　圖2 VSK上的應用編程

　　圖3 相機參考設計的System Generator框圖

　　System Generator支持采用Spartan-3ADSP 3400A開發平臺的硬件嵌入協同仿真(hardware in- the-loopco-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DataAcquisition Toolbox將實時視頻流讀取到Simulink中，從而可以更好地支持視頻算法開發和調試。
　　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處理器的系統架構需要進行許多設計探索，因為硬件設計師正在研究需要加速的不同功能。在此過程中遇到的第一個挑戰是需要不同的設計流程來支持采用MATLAB和Simulink進行抽象層編程，并且可實現與現有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模型方式來實現視頻算法設計。隨著開發進入下一階段，硬件實現可通過System Generator for DSP完成。System Generator forDSP提供了豐富的可用于Simulink建模環境的針對賽靈思器件而優化的DSP構建模塊(參見圖3)。
　　一旦硬件設計在System Generator中完成，利用硬件嵌入的協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間，從而能夠在給定的時間里完成更多次設計循環。
　　結合豐富的參考設計，XtremeDSP視頻入門套件–Spartan-3ADSP 版本為視頻開發人員提供了一個理想的平臺，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，視頻開發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圖像、廣播、消費、醫療和汽車等眾多應用中復雜視頻系統的開發速度。

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