基于双处理器系统的图形生成电路实现方法

摘 要： 机载显示器分辨率越来越高，显示内容越来越复杂，这对图形生成电路提出了更高的要求。提出了一种基于双处理器系统的图形生成电路实现方法，以两片DSP处理器作为绘图核心，配合FPGA和SDRAM帧存构建硬件平台，由主DSP进行绘图任务分配，并将任务分配结果通过Linkport口传递给从DSP，主从DSP根据任务分配结果并行完成图形生成算法运算，从DSP通过Linkport口向主DSP发送图形数据，主DSP将图形数据写入SDRAM帧存中,配合FPGA对SDRAM进行乒乓操作完成图形数据的实时生成与显示。实验结果表明，该方法与单处理器方案相比，在功耗仅增加15%的情况下图形生成效率可提高53%以上，生成一幅1024×768的EFIS电子飞行显示系统画面帧率可达86 f/s。

0 引言

现代飞机座舱显示系统向驾驶员提供飞行器、发动机和其他系统所测试的参数，包括从起飞、导航、着陆等全过程所需要的各种信息[1]。随着电子技术的不断发展，座舱显示系统需要处理的实时信息量不断增加，对机载显示处理系统的实时性、有效性和快速图形处理能力提出了更高的要求[2]，主显示器尺寸不断加大，分辨率不断提高，并日益朝着大屏幕化、综合化、信息化和智能化方向发展,向飞行员传递的飞机参数越来越依赖于图形显示[3-5]。

图形生成电路是座舱显示系统的核心部分，其主要功能是根据飞机任务、飞机状态和周边态势等信息生成相应的显示画面，以供飞行员进行观察。军用飞机在做战术动作时,画面变换速度快,要求图形的更新速度也必须很快,至少要比帧或场的刷新速度快,才可以避免画面的断续[6-7]。目前，在役各型飞机的机载显示器一般采用单个DSP+FPGA的架构完成图形生成功能。其中DSP负责图形生成指令的发起和图形生成算法的实现，FPGA负责将DSP图形生成的结果输出显示。由于某些字符图形显示内容（天地球、全罗盘等）生成步骤复杂，且对生成图形质量要求很高（要求反走样等），导致在生成一帧显示图形时单个DSP的计算量过大，造成机载显示器字符图形生成周期过长，数据刷新的实时性不能得到保证；或者在面临较高分辨率的字符图形生成任务时，在要求的数据刷新周期（例如25 ms）内无法完成指定分辨率字符图形的生成计算。由于上述因素的制约，使用单DSP进行字符图形生成的传统方法已不能满足未来机载显示器字符图形的生成需求，研制出一种具有更高性能的机载显示器图形生成装置势在必行。

本文提出一种基于双DSP处理器+FPGA架构的图形生成电路实现方法，利用双DSP协同进行图形生成运算处理，可以显著提高图形生成效率和系统能效比，满足机载显示器高分辨率图形实时生成与显示需求。

1 系统原理

1.1 硬件构成

本系统硬件原理框图如图1所示。

 

系统主要由主从双片DSP、FPGA、SDRAM、Flash、EPROM等模块组成，其中，主从双片DSP负责绘图运算，通过Linkport通信接口完成数据交互。SDRAM是系统帧存部件，用于存放绘图运算结果数据。FPGA是系统数据的交互和控制中心，配合主DSP对SDRAM帧存以乒乓操作的方式完成绘图数据的读写处理。Flash用于存储画面显示软件，EPROM用于存储FPGA程序。

1.2 显示软件

系统作图时，根据画面内容要求，主DSP（DSP1）将作图任务划分成若干个基本作图单元，并根据各任务计算量和通信时间等因素的约束，将部分任务分配给从DSP（DSP2）计算。这时DSP1向DSP2发送任务编号或者根据任务预先分配结果发送开始作图标志，DSP2收到相应内容后，启动作图任务，并将作图结果保存下来，待任务完成后DSP2将计算结果通过Linkport端口发送至DSP1进行同步显示。双DSP软件的接口关系如图2所示。

 

双DSP图形画面显示软件由主DSP(DSP1)和从DSP(DSP2)的两部分软件组成。其功能模块框图如图3所示。DSP1画面显示软件主要包括初始化模块和主模块，初始化模块完成DSP系统寄存器、SDRAM、Linkport接口、调色板等初始化功能，主模块由Linkport通信与数据传输模块和画面显示模块组成，其中通信与数据传输模块完成与从DSP的LinkPort通信、任务分配与同步等功能，画面显示模块完成DSP1的作图计算与显示等功能。从DSP由初始化模块及主模块组成，初始化模块主要完成DSP系统寄存器和LinkPort接口等初始化任务，主模块由通信与数据传输模块和作图计算模块等组成，通信与数据传输模块完成接收主DSP的控制命令和将作图计算结果发送给主DSP等两项功能；作图处理模块完成分配的作图任务，并将相应的计算结果（对应像素点信息）保存下来。

 

2 Linkport通信端口