赛灵思新版视频入门套件加快视频开发速度

2009年05月29日 11:05    FPGA
关键词: 入门套件 , 赛灵思 , 视频 , 视频开发
视频行业正逐渐向更为复杂和综合的处理解决方案方向发展,而要求苛刻的下一代视频压缩标准对视频系统性能的要求也超出了标准DSP所能够提供的性能。 因此,很自然地,许多设计先进视频设备的企业转向了FPGA平台。 特别是许多企业开始选用了在军用、汽车、医疗、消费、工业和安全应用中获得了广泛应用的Xilinx Spartan-3A DSP。这一解决方案能够以不到30美元的成本提供高于20 GMACs的DSP性能。
  除了高性能以外,这一FPGA综合解决方案还可支持DSP,并通过在系统中使用MicroBlaze 处理器来支持嵌入式处理。 这些特性为特殊的细分市场提供了OS支持和驱动。
  赛灵思公司最近更新了XtremeDSP视频入门套件(Video Starter Kit)—Spartan-3A版本,帮助设计人员快速进入此类高级设计,加快开发速度。 无论针对哪种应用,这一套件都可帮助你快速开发高级视频系统。
  表1 参考设计


  针对Spartan-3A的XtremeDSP视频入门套件 (VSK)最新2.0版为加快基于赛灵思FPGA的视频应用开发提供了一个全面的综合平台,旨在充分发挥Spartan-3A DSP FPGA系列器件的成本和性能优势。这一最新版入门套件提供了最新的视频参考设计,该参考设计基于嵌入式设计框架,允许客户更加集中于开发独特的增值功能。
  这一视频入门套件提供的多种参考设计可以加快基于赛灵思FPGA的视频应用开发速度。 每款参考设计都基于一个通用框架,并且支持多种视频数据I/O接口连接FPGA。 表1列出了每种参考设计以及相应的视频处理和连接能力。


  图 1 相机参考设计

  插文:从相机参考设计入手,一名软件开发人员从第一天开始可利用EDK软件开发工具开始实现操作系统并对应用层进行编程。
  通过实现视频系统中通用的特殊数据流,这些参考设计可帮助加快系统开发速度。 在如图1所示的相机参考设计中,一部相机提供RAW图像数据给FPGA进行处理和显示。
  该视频入门套件为参考设计提供了所有需要的源文件和项目文件,开发人员可利用这些文件作为起点。在相机参考设计中,相机处理模块是在System Generator中开发的,然后在EDK嵌入式系统中作为专用硬件外设集成进来。这样硬件设计人员就可以方便地移除例子中的图像处理设计,代之以特定设计所需要的功能,并将其集成到系统中,不需要再重新设计支持硬件外设。
  嵌入式处理
  升级到复杂硬件加速处理系统也就意味着需要嵌入式处理能力来完成所有实时控制、配置和系统交互功能。
  这种紧密集成意味着设计人员可以将System Generator中完成的DSP设计转换为Platform.Studio专用外设,并利用PLB总线将其连接到基本系统。 这样系统设计师就可以通过采用MicroBlazev7软内核处理器方便地完成系统控制和现有系统软件的移植。通过充分发挥器件的灵活性将硬件配置针对特定应用而优化的硬件架构,设计人员可以获得更高性能并实现更高的系统集成度。从相机参考设计入手,一名软件开发人员从第一天开始可利用EDK软件开发工具开始实现操作系统并对应用层进行编程(图2)。
  这一灵活性提高了开发过程的灵活性程度,同时也降低了设计复杂性。 XtremeDSP视频入门套件为硬件或软件开发人员提供了一个全面且易于使用的设计环境,包括丰富的示例应用以及全面的标准赛灵思设计工具流支持。 这种组合可帮助加快设计流程并且可支持更好地实现最终产品的差异化。


  图2 VSK上的应用编程



  图3 相机参考设计的System Generator框图

  System Generator支持采用Spartan-3ADSP 3400A开发平台的硬件嵌入协同仿真(hardware in- the-loopco-simulation),可以将Simulink仿真的性能加快近100倍。 这一加速解决方案支持利用The Mathworks的DataAcquisition Toolbox将实时视频流读取到Simulink中,从而可以更好地支持视频算法开发和调试。
  硬件加速
  现在,应用所需要的处理带宽正在逐渐超出独立DSP处理器现有的处理能力,因此硬件加速正在成为许多视频应用中所必需的部分。FPGA在支持硬件加速的同时还在系统集成和架构重新划分方面提供了额外的好处。
  从独立系统处理器迁移到集成协处理器的系统架构需要进行许多设计探索,因为硬件设计师正在研究需要加速的不同功能。在此过程中遇到的第一个挑战是需要不同的设计流程来支持采用MATLAB和Simulink进行抽象层编程,并且可实现与现有VHDL/Verilog设计的方便集成。
  设计人员首先可以利用可选的视频和图像处理模块集以MATLAB或Simulink模型方式来实现视频算法设计。随着开发进入下一阶段,硬件实现可通过System Generator for DSP完成。System Generator forDSP提供了丰富的可用于Simulink建模环境的针对赛灵思器件而优化的DSP构建模块(参见图3)。
  一旦硬件设计在System Generator中完成,利用硬件嵌入的协同仿真功能可以加快验证速度。 对于复杂系统,这可以大大缩短测试运行时间,从而能够在给定的时间里完成更多次设计循环。
  结合丰富的参考设计,XtremeDSP视频入门套件–Spartan-3ADSP 版本为视频开发人员提供了一个理想的平台,支持从流式视频数据直到帧缓冲器式视频数据的多种不同模式。 利用SystemGenerator,视频开发人员可以快速设计和验证硬件外设。硬件外设和嵌入式处理能力的集成可以加快工业图像、广播、消费、医疗和汽车等众多应用中复杂视频系统的开发速度。
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