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基于FPGA的专用显示技术研究

作　者: 刘俞
导　师: 吴舒辞
学　校: 中南林业科技大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: FPGA 自主可控 专用显示 冗余设计
分类号: TN27
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 33次
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内容摘要


目前,显示技术正在从通用领域向专用领域不断扩展。在专用显示领域,由于液晶显示器具有体积小,显示质量高,无辐射等优点,已经成为专用显示领域的主流,并且拥有巨大的发展潜力。为了保证信息的安全,我国在发展专用显示技术的同时,要确保显示技术的自主可控,因此,对专用的可控显示技术进行研究,具有重要的意义。专用显示不同于普通显示,它对显示数据处理和空间体积要求更高。在专用显示中,往往将显示系统设计成一个复杂数据处理系统,内部嵌入高速处理CPU、大容量固态存储器和高速图形加速器等各种模块,构成嵌入式系统,直接连接到数据总线上。本课题在龙芯系列CPU的平台上进行开发,开展的工作和取得的主要成果如下：1、采用中科院自主研发的龙芯处理器构成嵌入式系统,因而开发的专用显示技术是可控的。2、基于FPGA技术,把FPGA作为内部视频处理模块的核心部分,自主开发了IP核,实现在帧存中完成内部视频模块数据的接收,缩放,融合等数据处理。3、针对专用显示环境,在FPGA实现功能设计时,作好冗余设计,以确保显示的正常运行。FPGA主要实现了以下六种功能：(1)串并转换后视频信号的识别与显示；(2)A/D转换及解码后的SOG及PAL制视频信号的识别与显示；(3)不同类型视频信号的叠加融合；(4)帧存中读出数据,以固定格式传送到显示屏；(5)实现1路UART,接收仪表控制器发送的切换通道指令,以及键码发送；(6)按键识别,显示器亮度调节控制及按键指示灯控制。本课题取得的成果在专用显示领域中,具有很好的应用前景。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
1 绪论  8-12
  1.1 研究背景  8-9
  1.2 研究目的和意义  9-10
  1.3 本文的主要内容和安排  10-12
2 专用显示技术的自主可控  12-20
  2.1 自主可控层面分析  12-13
  2.2 显示结构组成  13-19
    2.2.1 传统显示设计  13-14
    2.2.2 专用显示设计  14-19
  2.3 小结  19-20
3 FPGA视频处理模块  20-32
  3.1 FPGA的介绍  20
  3.2 视频显示处理  20-23
    3.2.1 液晶显示器控制芯片的视频处理  20-21
    3.2.2 基于FPGA的视频处理  21-23
    3.2.3 两种处理方案对比  23
  3.3 FPGA设计技术及组成需求分析  23-29
    3.3.1 FPGA视频处理模块的IP核设计技术  24
    3.3.2 FPGA的视频处理IP核的设计技术可行性  24-26
    3.3.3 性能和功能需求分析  26-27
    3.3.4 FPGA内部模块组成  27-28
    3.3.5 FPGA内部模块分析  28-29
  3.4 视频信号算法  29-31
  3.5 小结  31-32
4 FPGA设计实现  32-40
  4.1 综合、布局布线  32-35
    4.1.1 EDA和工具库  33
    4.1.2 综合约束  33-34
    4.1.3 布局布线约束  34-35
    4.1.4 接口例化  35
  4.2 冗余设计  35-38
    4.2.1 FPGA冗余设计  35-36
    4.2.2 功耗估算  36-38
    4.2.3 可靠性设计  38
  4.3 小结  38-40
5 仿真验证  40-52
  5.1 仿真与测试工具  40
    5.1.1 仿真工具  40
    5.1.2 测试生成工具  40
  5.2 测试床设计说明  40-42
    5.2.1 行为模型  41-42
    5.2.2 总线接口行为模型设计  42
  5.3 测试实现及验证  42-51
    5.3.1 LVDS识别与显示功能  43-45
    5.3.2 PAL和SOG显示功能  45-46
    5.3.3 接收串口命令功能  46-48
    5.3.4 接收和处理按键操作功能  48-51
  5.4 小结  51-52
6 结束语  52-54
  6.1 工作总结  52
  6.2 工作展望  52-54
参考文献  54-60
附录A 程序设计  60-64
附录B FPGA时钟信号布局布线约束  64-66
附录C 模块例化  66-70
附录D (攻读学位期间的主要学术成果)  70-72
致谢  72

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 光电子技术、激光技术 > 显示技术
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