FPGA在微型投影仪中的应用与设计

下面图3显示了LatticeECP3 FPGA的详细信息，与算术处理相结合来处理用以显示的图片像素，同时管理系统中的各种接口。一个LatticeMico8微控制器控制数据流和来自用户接口的各种指令。它通过Wishbone系统总线和FPGA的其他功能进行通信。DDR2存储器控制器提供接口到外部DDR2存储器，并且有两个端口——一个来自Wishbone总线(用于通用的系统控制功能，以及当图像数据是通过DVI/HDMI接口进行接收时)，另一个来自JPEG解码器和像素处理器(用于高优先级的图像处理功能)。SPI存储器控制器接口到非易失性存储器，其中存储了大量的图像处理表和代码。摄像机中的图像数据，通过JPEG格式编码，经DVI/HDMI接口存储到DDR2存储器。JPEG解码器将JPEG编码的图像数据转换为投影仪光学器件中所需的独立的红、绿和蓝色像素数据。这个像素数据还可以通过像素处理器和其他定制化的算法来进行处理，以改进图像质量。一旦像素数据可以发送到光学器件，7:1 LVDS视频接口对像素数据进行分包，并通过标准的视频协议将它传输到光学器件接口。USB接口连到外部USB 2.0/3.0物理层。通用IO块控制外部的电源管理、用户接口(按钮和开关)以及配置控制功能。许多这些重要的功能块已经有现成的IP核，可从FPGA制造商或他们的合作伙伴处获得，并使得设计师们能专注于设计中增值功能部分的设计。

图3：微型投影仪FPGA控制器框图示例。

利用FPGA的功能

FPGA为设计带来的几个关键功能，将有助于扩大这些小型投影仪的市场。鉴于市场的高速增长，客户可能会有意想不到的功能变化需求。随着市场的发展，竞争的压力也将越来越大，要求企业具有更短的市场反应时间和更快的技术更新速度。FPGA为这类市场提供了一大优势，即使在购买器件后，客户仍可以轻松地实现功能特性的更改。可下载的更新可以改善现有的功能，以应对竞争，并迅速适应不断变化的接口需求。此外，图像处理算法可以改进，根据客户的反馈或新的研究，迅速更新到已经在客户手中的设备。

在基于激光的系统中，去光斑算法就是利用图像处理算法修改功能的一个很好的示例。激光光斑使图像上“产生光斑”，当相干光从粗糙的投影仪表面散射出来，然后会在人的视网膜上产生干扰。减少光斑是一个很重要的功能，因为用户会因此而分散注意力，这将影响用户视觉接收到的图像质量，并降低有效分辨率。各种用于减少光斑的算法，可能要改变激光调制频率中的控制参数(以改变光的相干性)，改变每幅图像像素的亮度，或使用类似于传统显示器中使用的图形保真的算法。随着新方法的研究，这些算法很可能会有新的突破，那些能适应各种可能的修改的设计，比如那些基于FPGA的设计，将获得竞争上的优势。

现代FPGA，如LatticeECP3，提供了多种先进的硬件功能，有利于微型投影仪的设计。数字信号处理(DSP)功能可用于实现复杂的图像处理算法，如色彩空间的转换和JPEG编码/解码，以及更通用的DSP算法，如FFT和过滤器。专用的片上存储器块可用作图像缓冲器、FIFO缓冲器和嵌入式处理器的数据或代码的存储。高速SERDES块可用于实现常用的串行视频接口，如DVI、HDMI、DisplayPort和基于7:1 LVDS的标准，如CameraLink或ChannelLink，以及计算机接口，如PCI-Express、串行Rapid I/O和以太网(GbE、XAUI和SGMII等)。

对于快速增长的市场来说，也许FPGA最引人注目的优势就是它可以实现更快的产品上市时间。在快速增长的市场中，较之ASIC实现，FPGA有其明显的优势，其开发和部署周期时间可以缩短为几周而不再是几个月，从而决定了产品的成败。在可预见的一段时间内，ASIC可能仍然是现有、大批量市场的一种可行的设计技术选择，但是FPGA在当今快速成长和不断发展的市场中将会有更大的用武之地。

FPGA制造商已经加大了在细分市场开发套件上的投入，其中FPGA和外设器件与针对特定市场的IP核相结合，为设计师提供了一个开发差异化设计的良好起点。在许多情况下，电路板上已经提供了应用所需的所有外部组件和接口，以及驱动程序和操作系统，可以进行快速部署。这些套件进一步增强了FPGA与基于ASIC的设计相比，在产品上市时间上的优势。