[发明专利]一种基于FPGA的图形显示卡

说明书

本发明公开一种基于FPGA的图形显示卡，用于军用机载座舱显示系统中，其特征在于，包括：FPGA芯片、分别与FPGA芯片连接的第一帧存、第二帧存、第三帧存、第四帧存、字符存储器；所述FPGA芯片包括：中断检测模块、图像生成模块、时钟管理模块以及显示控制模块。采用本发明的技术方案，通过FPGA实现图元的顶点的计算、光栅化、字符纹理处理、视频叠加与显示功能，具有简化设计复杂度，减小开发成本的特点。

技术领域

本发明属于视频显示技术领域，尤其涉及一种用于军用机载座舱显示系统的基于FPGA的图形显示卡。

背景技术

军用机载座舱显示系统为飞行员与飞行器系统、周围作战环境之间最重要的人机界面接口之一，根据不同的飞行阶段、飞行任务，为飞行员提供他们最需要的信息。

目前军用机载座舱显示系统的图形显示卡采用DSP+FPGA的架构，如图1所示，其中DSP进行顶点坐标的计算、部分图元的光栅化以及字符纹理处理，而FPGA里仅执行填充图元的光栅化、视频叠加和显示功能。所述DSP是数字信号处理器，优点是有很强大的定点和浮点运算能力，对复杂的数学运算可以很短时间内完成；在该方案中，DSP负责将FPGA传输过来的需要进行顶点计算的图元数据进行计算，将输入坐标系的顶点坐标转换为屏幕坐标系中的顶点坐标，然后对点、直线、多边形的边进行光栅化后再传输给FPGA进行显示。所述FPGA是现场可编程门阵列，优点对大量数据采集、流水线操作和逻辑译码有很强大处理能力；在该方案中，FPGA负责将筛选需要复杂计算的图元数据并传输给DSP，同时接收DSP处理后的数据进行显示，还有采集输入视频信号并与自生成的图元画面进行叠加显示。

此方案中，需要DSP和FPGA两个核心器件来完成所有功能，DSP作为一个协处理器专门负责运算，由此整个数据流需要通过DSP传输一个来回，虽然运算时间缩短，但是增加了数据通过总线传输的时间，使设计复杂化；需要软件开发人员和逻辑开发人员来协同完成开发，增加了人力成本。

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种基于FPGA的图形显示卡，通过FPGA实现图元的顶点的计算、光栅化、字符纹理处理、视频叠加与显示功能，具有简化设计复杂度，减小开发成本的特点。

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案：

一种基于FPGA的图形显示卡，用于军用机载座舱显示系统中，其特征在于，包括：FPGA芯片、分别与FPGA芯片连接的第一帧存、第二帧存、第三帧存、第四帧存、字符存储器；所述FPGA芯片包括：中断检测模块、图像生成模块、时钟管理模块以及显示控制模块，其中，

所述中断检测模块，用于检测外部DPRAM发送的中断为绘图中断时，读取本中断对应地址空间的绘图命令，并将所述绘图命令缓存在命令缓冲区，所述绘图命令包括：状态设置指令、图形绘制指令和字符显示指令，所述状态设置指令包含设置颜色空间指令、设置背景颜色指令和设置视频叠加指令；

所述图像生成模块，用于按照顺序读取并解析命令缓冲区中的图形绘制指令和字符显示指令，并调用预存的图元绘制模块和字符读取控制模块执行相应的图元绘制和字符读取，将绘制完成的图元数据和读取的字符数据存入第一、二帧存中，同时读取并解析命令缓冲区中的设置颜色空间指令和设置背景颜色指令，将得到的天地球参数信号发送给所述显示控制模块，读取并解析命令缓冲区中的设置视频叠加指令，将得到的视频叠加信号和视频叠加因子发送给所述显示控制模块；

所述显示控制模块，用于读取第一、二帧存中绘制完成的图元数据和字符数据，并根据获取的天地球参数信号对绘制完成图元数据中的天地球图元进行颜色的填充；同时根据获取的视频叠加信号，将第一帧存或第二帧存的图元数据、字符数据与第三帧存或第四帧存的视频数据之间进行画面的同步，并将绘图帧存的数据与外部视频帧存的数据根据视频叠加因子加权相加后，将叠加后的数据一路输出外部设备，另一路按照LVDS标准接口输出给液晶显示屏；将叠加后的数据一路输出给视频记录仪，另一路按照LVDS标准输出给液晶显示屏；