基于機(jī)載圖形引擎的圖形顯示系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于機(jī)載圖形引擎的圖形顯示系統(tǒng)，包括總線(xiàn)接口、圖形引擎、幀存儲(chǔ)器、電源模塊、配置模塊、字庫(kù)、視頻選通/轉(zhuǎn)換模塊。本發(fā)明是一種具體的機(jī)載圖形引擎設(shè)計(jì)方法和圖形顯示系統(tǒng)架構(gòu)，圖形引擎整個(gè)圖形系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)與上位機(jī)的總線(xiàn)通信、圖形畫(huà)面的高速生成、視頻畫(huà)面的緩存以及視頻的輸入/輸出控制等，本發(fā)明中的圖形顯示系統(tǒng)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)大屏幕、高分辨率的機(jī)載圖形畫(huà)面的實(shí)時(shí)顯示，而且能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)載圖形畫(huà)面與外部輸入的視頻畫(huà)面的混合顯示。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其具有圖形生成和處理速度高、顯示分辨率高、功能綜合度高、系統(tǒng)集成度高、體積小、功耗低等特點(diǎn)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】基于機(jī)載圖形引擎的圖形顯示系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及圖形生成系統(tǒng)領(lǐng)域，具體涉及一種基于機(jī)載圖形引擎的圖形顯示系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]在信息化社會(huì)高速發(fā)展的今天，機(jī)載座艙圖形顯示系統(tǒng)已經(jīng)廣泛運(yùn)用于飛機(jī)座艙顯示中，座艙顯示器是飛行員與飛機(jī)系統(tǒng)、周?chē)h(huán)境之間最重要的人機(jī)接口之一。采用大屏幕顯示器替代目前使用的多個(gè)多功能顯示器，能減少飛行員在信息管理和整合上花費(fèi)的時(shí)間，并通過(guò)增加座艙儀表板上的有效顯示面積可呈現(xiàn)更多的飛行信息，能有效增強(qiáng)飛行員對(duì)飛行中“態(tài)勢(shì)”的了解。
[0003]目前的機(jī)載顯示系統(tǒng)主要采用基于DSP+FPGA或基于ARM的硬件架構(gòu)。在基于DSP+FPGA技術(shù)方案中，DSP作為整個(gè)系統(tǒng)的核心負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)圖形的生成和處理，F(xiàn)PGA作為圖形協(xié)處理器實(shí)現(xiàn)圖形的加速處理；基于ARM技術(shù)方案中，ARM負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)圖形的生成和處理。這兩種方案的缺點(diǎn)在于圖形生成和處理的速度慢，無(wú)法滿(mǎn)足大屏幕、高分辨率的機(jī)載顯示要求，也限制的多功能綜合顯示的性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的問(wèn)題，是提供一種圖形顯示系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)圖形畫(huà)面的高速生成、圖形真實(shí)感處理、模板裁剪、視頻混合等，滿(mǎn)足機(jī)載多功能、大屏幕、高分辨率綜合顯示要求，而且系統(tǒng)的體積小、重量輕、功耗低、具有自檢功能等。
[0005]本發(fā)明提供了一種上位機(jī)與下位機(jī)異步通信機(jī)制，將雙口 RAM劃分為兩個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)，采用交替輪換的方法，分別對(duì)兩個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)進(jìn)行讀/寫(xiě)操作，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪B續(xù)性和完整性，同時(shí)在雙口 RAM中設(shè)置了專(zhuān)用自檢存儲(chǔ)區(qū)，使上位機(jī)能即時(shí)知道圖形顯示系統(tǒng)中各部件的工作狀態(tài)。
[0006]本發(fā)明提供了一種圖形生成和模板裁剪的并行化和流水線(xiàn)機(jī)制，圖形生成器中各個(gè)圖元生成單元并行地計(jì)算和生成圖元柵格點(diǎn)顏色或灰度數(shù)據(jù)，形成圖元數(shù)據(jù)流，并依次流過(guò)各個(gè)模板裁剪進(jìn)行圖形裁剪，這種并行化和流水線(xiàn)機(jī)制顯著提高了圖形的生成速度。
[0007]本發(fā)明提供了一種圖形畫(huà)面輸出和視頻混合的流水線(xiàn)機(jī)制，輸出畫(huà)面各柵格點(diǎn)按流水線(xiàn)方式依次通過(guò)視頻混合器進(jìn)行視頻混合處理，視頻混合處理幾乎不會(huì)額外消耗時(shí)間，節(jié)省了混合畫(huà)面生成的時(shí)間，保證了畫(huà)面刷新速度。
[0008]解決上述問(wèn)題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
一種基于機(jī)載圖形引擎的圖形顯示系統(tǒng)，其特征在于:包括總線(xiàn)接口模塊、圖形引擎、幀存器模塊、電源模塊、配置模塊、字庫(kù)模塊、視頻選通/轉(zhuǎn)換模塊等部分，
圖形引擎:為整個(gè)系統(tǒng)的核心，包括接口模塊、圖形生成器、系統(tǒng)控制器、巾貞存控制器和視頻控制器，接口模塊負(fù)責(zé)與上位機(jī)通信并接收其下達(dá)的圖形指令，圖形生成器負(fù)責(zé)生成圖形畫(huà)面，系統(tǒng)控制器協(xié)調(diào)整個(gè)系統(tǒng)的工作流程，幀存控制器負(fù)責(zé)將圖形生成器所生成的圖形存儲(chǔ)到幀存儲(chǔ)器模塊中，視頻控制器用于控制將外部輸入的視頻存儲(chǔ)幀存儲(chǔ)器模塊中以及圖形顯示系統(tǒng)的視頻處理和輸出；
幀存儲(chǔ)器模塊負(fù)責(zé)緩存圖形引擎生成的圖形畫(huà)面以及外部的輸入視頻，幀存儲(chǔ)器模塊分別與圖形生成器中的幀存控制器和視頻控制器通信；
配置模塊負(fù)責(zé)圖形引擎的上電功能配置；
字庫(kù)模塊用于存儲(chǔ)多種顯示字模；
視頻選通/轉(zhuǎn)換模塊負(fù)責(zé)輸入視頻信道的選通和輸入/輸出視頻信號(hào)的轉(zhuǎn)換；視頻選通/轉(zhuǎn)換模塊與視頻控制器通信。
[0009]電源t旲塊為系統(tǒng)各部件供電。
[0010]前述的基于機(jī)載圖形引擎的圖形顯示系統(tǒng)，其特征在于:所述總線(xiàn)接口模塊中采用雙口 RAM作為指令數(shù)據(jù)流的緩存，雙口 RAM劃分為兩個(gè)緩存區(qū)，即A區(qū)和B區(qū)，兩個(gè)緩存區(qū)以周期交替輪換的工作方式接收和輸出數(shù)據(jù):在某個(gè)周期中，A區(qū)緩存上位機(jī)傳輸?shù)囊粠瑘D形畫(huà)面的所有圖形指令，此時(shí)B區(qū)在圖形引擎的控制下向其輸出前一幀圖形畫(huà)面的指令數(shù)據(jù)；在下一個(gè)周期中，A區(qū)和B區(qū)的工作狀態(tài)互換，即B區(qū)緩存上位機(jī)傳輸?shù)膱D形指令，而A區(qū)向圖形引擎輸出圖形指令。
[0011]前述的基于機(jī)載圖形引擎的圖形顯示系統(tǒng)，其特征在于:在雙口 RAM中設(shè)置一個(gè)專(zhuān)用自檢存儲(chǔ)區(qū)，圖形引擎定期對(duì)圖形顯示系統(tǒng)中的各部件進(jìn)行在線(xiàn)自檢，并將各部件是否出現(xiàn)故障的信息保存到雙口 RAM中的專(zhuān)用自檢存儲(chǔ)區(qū)，上位機(jī)定期讀取自檢存儲(chǔ)區(qū)中的數(shù)據(jù)以便在線(xiàn)了解圖形顯示系統(tǒng)各部件的工作狀態(tài)。
[0012]自檢方法是由圖形引擎周期性的向圖形顯示系統(tǒng)各部件發(fā)出自檢信號(hào)，采集相應(yīng)部件輸出的應(yīng)答信息，若圖形引擎采集到的應(yīng)答信息正確，則判定該部件工作正常，若采集到的應(yīng)答信息不正確或未采集到應(yīng)答信息，則判定該部件有故障。
[0013]圖形引擎作為整個(gè)圖形生成和顯示系統(tǒng)的核心，其采用單片F(xiàn)PGA器件構(gòu)建的SOC圖形引擎，其內(nèi)部采用分層結(jié)構(gòu)和模塊化設(shè)計(jì)方法。圖形引擎內(nèi)部主要包括接口模塊、系統(tǒng)控制器、圖形生成器、幀存控制器、視頻控制器等幾個(gè)模塊組成。系統(tǒng)控制器作為核心，控制和協(xié)調(diào)各模塊工作。
[0014]前述的基于機(jī)載圖形引擎的圖形顯示系統(tǒng)，其特征在于:所述圖形引擎的圖形生成器采用管線(xiàn)化方法進(jìn)行工作，即將并行化處理方法和流水線(xiàn)方法相結(jié)合，生成圖形上各點(diǎn)的坐標(biāo)并進(jìn)行光柵化處理，在圖形生成器中構(gòu)建各種圖形的IP核庫(kù)，在圖形繪制光柵化階段，圖形生成器從圖元起點(diǎn)開(kāi)始逐點(diǎn)計(jì)算其在屏幕上坐標(biāo)值，以坐標(biāo)值的整數(shù)部分作為該點(diǎn)在柵格點(diǎn)位置，取圖元RGB值作為該柵格點(diǎn)的顏色，根據(jù)坐標(biāo)的小數(shù)部分，計(jì)算出柵格點(diǎn)相鄰點(diǎn)的灰度值系數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)圖元點(diǎn)的柵格化和圖元的硬件反走樣處理，實(shí)現(xiàn)真實(shí)感圖形生成。
[0015]對(duì)于某個(gè)圖元上的各個(gè)柵格點(diǎn)以及相鄰的反走樣點(diǎn)的顏色值的計(jì)算，圖元上的柵格點(diǎn)依次流過(guò)圖形生成器各個(gè)計(jì)算單元，即采用流水線(xiàn)的方式進(jìn)行計(jì)算，而在圖形生成器中，多個(gè)不同圖元的生成過(guò)程是并行執(zhí)行的。
[0016]管線(xiàn)化方法是在FPGA中將并行化處理方法和流水線(xiàn)方法相結(jié)合的高效方法，即將不同的任務(wù)并行化的處理，同時(shí)將每個(gè)任務(wù)分解成多個(gè)工序，每個(gè)工序的時(shí)間相同，任務(wù)在執(zhí)行如同流水線(xiàn)一樣，所述流水線(xiàn)工作方式是:第一個(gè)周期內(nèi)，第一個(gè)計(jì)算對(duì)象執(zhí)行第一道工序，第二個(gè)周期內(nèi)，第一個(gè)計(jì)算對(duì)象進(jìn)入第二道工序，同時(shí)第二個(gè)計(jì)算對(duì)象進(jìn)入第一道工序，第三個(gè)周期內(nèi)，第一個(gè)計(jì)算對(duì)象進(jìn)入第一個(gè)計(jì)算對(duì)象進(jìn)入第三道工序，第二個(gè)計(jì)算對(duì)象進(jìn)入第二道工序，同時(shí)第三個(gè)計(jì)算對(duì)象進(jìn)入第一道工序，依次類(lèi)推。
[0017]前述的基于機(jī)載圖形引擎的圖形顯示系統(tǒng)，其特征在于:所述圖形引擎的幀存控制器按照柵格化后的圖形點(diǎn)位置將其RGB灰度值存儲(chǔ)到幀存控制器的指定存儲(chǔ)單元中；在幀存控制器內(nèi)部設(shè)置了裁剪模板，當(dāng)裁剪模板被使能時(shí)，幀存控制器對(duì)所有要存儲(chǔ)的圖形點(diǎn)進(jìn)行過(guò)濾，只有位于裁剪模板內(nèi)部的圖形點(diǎn)的RGB灰度值才存儲(chǔ)到幀存控制器中，而位于裁剪模板外的圖形點(diǎn)不被保存；當(dāng)裁剪模板未被使能時(shí)，所有生成的圖形點(diǎn)都被存儲(chǔ)到幀存控制器。
[0018]所述的圖形引擎通過(guò)裁剪模板使能指令與圖形生成指令的序列位置，控制幀存控制器對(duì)圖形畫(huà)面的局部區(qū)域進(jìn)行裁剪或不裁剪。
[0019]前述的基于機(jī)載圖形引擎的圖形顯示系統(tǒng)，其特征在于:所述幀存器模塊內(nèi)部劃分為圖形幀存器和視頻幀存器，圖形幀存器用于緩存圖形生成引擎生成圖形畫(huà)面，視頻幀存器用于緩存外部輸入的視頻畫(huà)面。
[0020]前述的基于機(jī)載圖形引擎的圖形顯示系統(tǒng)，其特征在于:圖形幀存器和視頻幀存器又各自劃分為2個(gè)緩存區(qū)，即圖形幀存器A區(qū)和圖形幀存器B區(qū)、視頻幀存器A區(qū)和視頻幀存器B區(qū)，幀存器的A區(qū)和B區(qū)以周期交替輪換的工作方式接收和輸出數(shù)據(jù):在某個(gè)周期中，圖形幀存器A區(qū)緩存圖形生成引擎生成圖形畫(huà)面，視頻幀存器A區(qū)緩存外部輸入的視頻畫(huà)面，此時(shí)圖形幀存器B區(qū)和視頻幀存器B區(qū)在視頻控制器的控制下輸出所緩存的畫(huà)面數(shù)據(jù)；在下一個(gè)周期中，圖形幀存器的A區(qū)和B區(qū)的工作狀態(tài)互換，同時(shí)視頻幀存器的A區(qū)和B區(qū)的工作狀態(tài)也互換。
[0021]前述的基于機(jī)載圖形引擎的圖形顯示系統(tǒng)，其特征在于:所述視頻控制器按照屏幕掃描的順序依次逐點(diǎn)從圖形幀存器和視頻幀存器中讀取柵格點(diǎn)的RGB值，形成兩路視頻流，視頻控制器按流水線(xiàn)的方式分別對(duì)兩路視頻流進(jìn)行處理，由圖形幀存器輸出的視頻流首先經(jīng)過(guò)區(qū)域填充模塊進(jìn)行圖形的區(qū)域填充，同時(shí)由視頻幀存器輸出的視頻流經(jīng)過(guò)選通器進(jìn)入背景畫(huà)面的選擇，即背景畫(huà)面采用純色，還是以輸入的視頻為背景，然后兩路視頻流逐點(diǎn)依次流入視頻混合器進(jìn)行視頻混合運(yùn)算，混合運(yùn)算中根據(jù)預(yù)設(shè)的透明度確定兩路視頻數(shù)據(jù)的權(quán)值，對(duì)兩路視頻流的各點(diǎn)進(jìn)行逐點(diǎn)的加權(quán)計(jì)算，從而得到混合后的各點(diǎn)的顏色值，形成輸出視頻信號(hào)流。
[0022]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的收益效果在于:
1)采用單片F(xiàn)PGA器件構(gòu)建的SOC圖形引擎，其內(nèi)部的各種圖形生成和處理均采用并行化和流水線(xiàn)技術(shù)，顯著提高了圖形畫(huà)面的生成速度，減少了圖形畫(huà)面的生成時(shí)間，滿(mǎn)足了機(jī)載大屏幕、高分辨率綜合顯示的要求；
2)采用單片F(xiàn)PGA器件構(gòu)建的SOC圖形引擎，系統(tǒng)集成度高，系統(tǒng)可移植性好，有利于圖形生成和顯示系統(tǒng)的升級(jí)及后期維護(hù)；
3)圖形生成和模板裁剪過(guò)程采用并行化和流水線(xiàn)機(jī)制，并行地計(jì)算和處理各個(gè)圖元的柵格點(diǎn)數(shù)據(jù)，形成圖元數(shù)據(jù)流，依次流過(guò)各個(gè)模板裁剪進(jìn)行圖形裁剪，顯著提高了圖形的生成速度。
[0023]4)圖形畫(huà)面與輸入視頻的混合處理，采用流水線(xiàn)技術(shù)，幾乎不需要增加額外的處理時(shí)間，從而有效地提高了圖形顯示系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0024]圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；
圖2是本發(fā)明的接口模塊示意圖；
圖3是本發(fā)明的圖形畫(huà)面生成和模板裁剪過(guò)程示意圖；
圖4是本發(fā)明的幀存控制示意圖；
圖5是本發(fā)明的圖形畫(huà)面輸出和視頻混合示意圖。
[0025]具體實(shí)施方法
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0026]如圖2所示，圖形生成和顯示系統(tǒng)與上位機(jī)的接口模塊包括解碼器和數(shù)據(jù)緩存器，其中解碼器采用單片CPLD芯片實(shí)現(xiàn)，負(fù)責(zé)接收來(lái)由總線(xiàn)的繪圖指令數(shù)據(jù)、解碼并將所接收指令數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存至數(shù)據(jù)緩存器中；數(shù)據(jù)緩存器采用雙口 RAM(64K字)，為了保證指令數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪B續(xù)性和完整性，雙口 RAM劃分為兩個(gè)數(shù)據(jù)緩存區(qū)(即A區(qū)和B區(qū))，這兩個(gè)緩存區(qū)以周期交替輪換的工作方式接收和輸出數(shù)據(jù):在某個(gè)周期中，A區(qū)緩存來(lái)自上位機(jī)傳輸?shù)囊粠瑘D形畫(huà)面的所有圖形指令，此時(shí)B區(qū)在圖形引擎的控制下向其輸出前一幀圖形畫(huà)面的指令數(shù)據(jù)；在下一個(gè)周期中，A區(qū)和B區(qū)的工作狀態(tài)互換，即B區(qū)緩存上位機(jī)傳輸?shù)膱D形指令，而A區(qū)向圖形引擎輸出圖形指令。
[0027]數(shù)據(jù)緩存區(qū)輪換周期的切換采用異步控制方式，為此利用兩個(gè)單元(即FFFHl和FFFEH)作為信令字和中斷源。當(dāng)來(lái)自總線(xiàn)的一幀畫(huà)面的全部指令數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到雙口 RAM的某個(gè)區(qū)(如A區(qū))時(shí)，解碼器向FFFFH單元寫(xiě)入信令“A”，當(dāng)雙口 RAM的FFFFH單元收到信令時(shí)，由寫(xiě)信號(hào)和地址選通信號(hào)觸發(fā)圖形引擎端的中斷輸出INT_R，從而通知圖形引擎，該幀的圖形指令已存儲(chǔ)完畢(即A區(qū)的數(shù)據(jù)已全部準(zhǔn)備好)，圖形引擎可以讀取了 ；
圖形引擎讀取雙口 RAM數(shù)據(jù)區(qū)(如A區(qū)或B區(qū))的交替輪換周期是根據(jù)圖形顯示系統(tǒng)的畫(huà)面刷新速率，對(duì)于60Hz刷新速率，圖形引擎讀取雙口 RAM數(shù)據(jù)區(qū)的交替輪換周期是16.67ms，即每隔16.67ms輪換讀取數(shù)據(jù)區(qū)。當(dāng)?shù)竭_(dá)新的輪換周期，并且圖形引擎讀取完某個(gè)數(shù)據(jù)緩存區(qū)(如B區(qū))的數(shù)據(jù)時(shí)，將檢查中斷輸出INT_R是否有效，如果INT_R有效，則圖形引擎讀取FFFFH單元中的信令(“A”)，開(kāi)始讀取A數(shù)據(jù)緩存區(qū)中的數(shù)據(jù)，并向FFFEH單元寫(xiě)入信令“B”，當(dāng)雙口 RAM的FFFEH單元收到信令時(shí)，雙口 RAM會(huì)觸發(fā)解碼器端的中斷輸出INT_L，解碼器收到中斷信號(hào)INT_L后，讀取FFFEH單元中的信令“B”，則表明B數(shù)據(jù)緩存區(qū)的數(shù)據(jù)已讀完，于是解碼器向B數(shù)據(jù)區(qū)寫(xiě)入新的一幀畫(huà)面的指令數(shù)據(jù)。如此，解碼器與圖形引擎的寫(xiě)/讀區(qū)域完成了一次互換。如果，當(dāng)?shù)竭_(dá)新的輪換周期，并且圖形引擎讀取完某個(gè)數(shù)據(jù)緩存區(qū)的數(shù)據(jù)時(shí)，檢查中斷輸出INT_R為無(wú)效，說(shuō)明此時(shí)解碼器對(duì)另一個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)的寫(xiě)入工作還沒(méi)有完成，則圖形引擎不向FFFHl單元寫(xiě)入信令，圖形引擎再次讀取原數(shù)據(jù)緩存區(qū)的數(shù)據(jù)，解碼器與圖形引擎的寫(xiě)/讀區(qū)域不會(huì)互換。
[0028]如圖3所示，根據(jù)繪圖指令，圖形生成器內(nèi)部的生成包含多個(gè)圖元發(fā)生單元，每個(gè)圖元生成單元包括一個(gè)圖元發(fā)生器和一個(gè)FIFO，圖元發(fā)生器用于計(jì)算和生成圖形元素柵格點(diǎn)的顏色值和坐標(biāo)值，多個(gè)圖元發(fā)生器并行地計(jì)算，并將其結(jié)果緩存在各自FIFO中。生成控制器根據(jù)各FIFO的狀態(tài)，控制讀取某個(gè)FIFO中的數(shù)據(jù)(即柵格點(diǎn)的顏色值和坐標(biāo))，將其依次將傳送給裁剪模板緩沖區(qū)中。當(dāng)圖元發(fā)生器的計(jì)算過(guò)程還沒(méi)有結(jié)束，其Busy信號(hào)置為有效，當(dāng)圖元發(fā)生器的計(jì)算過(guò)程完成，其Busy信號(hào)置為無(wú)效；當(dāng)FIFO中的數(shù)據(jù)還未讀完，其Empty信號(hào)置為無(wú)效，當(dāng)FIFO中的數(shù)據(jù)已讀完，其Empty信號(hào)置為有效。當(dāng)某個(gè)圖元生成單元的Busy為無(wú)效，且Empty信號(hào)為有效，表明該圖元生成單元所計(jì)算的圖元已生成完畢，生成控制器將會(huì)為該圖元生成單元下達(dá)新的圖元生成指令。
[0029]生成控制器根據(jù)裁剪指令控制裁剪模板緩沖區(qū)中各模板的使能，并控制圖元生成單元輸出的數(shù)據(jù)流依次通過(guò)每個(gè)被使能的模板，根據(jù)圖元數(shù)據(jù)中的坐標(biāo)位置判斷其是否位于裁剪模塊的內(nèi)部，只有位于裁剪模板內(nèi)部的圖元數(shù)據(jù)被傳送到幀存控制器中，并在其控制下存儲(chǔ)到幀存器，而位于裁剪模板外的圖元數(shù)據(jù)將被濾掉而無(wú)法保存到幀存器，從而實(shí)現(xiàn)了裁剪的功能。對(duì)于未被使能的裁剪模板，圖元數(shù)據(jù)流將不會(huì)經(jīng)過(guò)該模板，即該模板不起過(guò)濾作用。
[0030]如圖4，幀存控制器接收來(lái)自圖形生成器的圖元數(shù)據(jù)流，根據(jù)數(shù)據(jù)流中的圖元數(shù)據(jù)解算出各圖元點(diǎn)在幀存中的存儲(chǔ)地址，并提取出圖元點(diǎn)的顏色信息，在系統(tǒng)控制器的控制下，交替地存儲(chǔ)到圖形幀存器中的圖形幀存器A或圖形幀存器B中。
[0031]如圖4所示，輸出畫(huà)面時(shí)，圖形引擎內(nèi)部的視頻控制器負(fù)責(zé)輸入視頻的存儲(chǔ)、讀取幀存的切換、生成視頻時(shí)序信號(hào)(包括時(shí)鐘信號(hào)、行同步信號(hào)和幀同步信號(hào))以及視頻混合。圖4中，圖形幀存器中的兩個(gè)幀存(即圖形幀存器A和圖形幀存器B)交替地存儲(chǔ)圖形生成器生成的圖形畫(huà)面，視頻幀存器中的兩個(gè)幀存(即視頻幀存器A和視頻幀存器B)交替地存儲(chǔ)外部輸入視頻的畫(huà)面。視頻控制器從圖形幀存器中的一個(gè)幀存按畫(huà)面中柵格點(diǎn)的位置順序依次讀取圖形畫(huà)面各柵格點(diǎn)的信息，視頻控制器同步地從視頻幀存器中的一個(gè)幀存按畫(huà)面中柵格點(diǎn)的位置順序依次讀取所儲(chǔ)存的外部輸入視頻畫(huà)面的柵格點(diǎn)信息，顯然在同一時(shí)刻視頻控制器從兩個(gè)幀存中所讀取的柵格點(diǎn)在畫(huà)面中的位置是重疊的，各柵格點(diǎn)按流水線(xiàn)方式依次通過(guò)視頻混合器，由其完成各柵格點(diǎn)上的混合處理，混合處理后將柵格點(diǎn)顏色依次經(jīng)視頻輸出通道輸出到顯示器進(jìn)行像素點(diǎn)刷新(即顯示)。如果不要與外部輸入視頻混合，只要顯示圖形生成器生成的機(jī)載圖形畫(huà)面，則由視頻控制器通過(guò)控制選通信號(hào)Sel_bk，選擇純色背景即。圖中視頻混合器的硬件結(jié)構(gòu)采用流水并行方式，依次計(jì)算出“流過(guò)的”各柵格點(diǎn)混合后的顏色值，除了帶來(lái)幾個(gè)時(shí)鐘周期的延時(shí)外(潛伏期)，混合結(jié)果能夠源源不斷的計(jì)算并輸出，并不會(huì)占用額外的時(shí)間，從而保證了畫(huà)面刷新速度。
[0032]以上已以較佳實(shí)施例公開(kāi)了本發(fā)明，然其并非用以限制本發(fā)明，凡采用等同替換或者等效變換方式所獲得的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于機(jī)載圖形引擎的圖形顯示系統(tǒng)，其特征在于，包括: 圖形引擎:包括接口模塊、圖形生成器、系統(tǒng)控制器、幀存控制器和視頻控制器，接口模塊負(fù)責(zé)與上位機(jī)通信并接收其下達(dá)的圖形指令，圖形生成器負(fù)責(zé)生成圖形畫(huà)面，系統(tǒng)控制器協(xié)調(diào)整個(gè)圖形引擎的工作流程，幀存控制器負(fù)責(zé)將圖形生成器所生成的圖形存儲(chǔ)到幀存儲(chǔ)器模塊中，視頻控制器用于控制將外部輸入的視頻存儲(chǔ)幀存儲(chǔ)器模塊中以及圖形顯示系統(tǒng)的視頻處理和輸出； 幀存儲(chǔ)器模塊負(fù)責(zé)緩存圖形引擎生成的圖形畫(huà)面以及外部的輸入視頻，幀存儲(chǔ)器模塊分別與圖形生成器中的幀存控制器和視頻控制器通信； 配置模塊負(fù)責(zé)圖形引擎的上電功能配置； 字庫(kù)模塊用于存儲(chǔ)多種顯示字模； 視頻選通/轉(zhuǎn)換模塊負(fù)責(zé)輸入視頻信道的選通和輸入/輸出視頻信號(hào)的轉(zhuǎn)換；視頻選通/轉(zhuǎn)換模塊與視頻控制器通信。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于機(jī)載圖形引擎的圖形顯示系統(tǒng)，其特征在于:所述總線(xiàn)接口模塊中采用雙口 RAM作為指令數(shù)據(jù)流的緩存，雙口 RAM劃分為兩個(gè)緩存區(qū)，即A區(qū)和B區(qū)，兩個(gè)緩存區(qū)以周期交替輪換的工作方式接收和輸出數(shù)據(jù):在某個(gè)周期中，A區(qū)緩存上位機(jī)傳輸?shù)囊粠瑘D形畫(huà)面的所有圖形指令，此時(shí)B區(qū)在圖形引擎的控制下向其輸出前一幀圖形畫(huà)面的指令數(shù)據(jù)；在下一個(gè)周期中，A區(qū)和B區(qū)的工作狀態(tài)互換，即B區(qū)緩存上位機(jī)傳輸?shù)膱D形指令，而A區(qū)向圖形引擎輸出圖形指令。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于機(jī)載圖形引擎的圖形顯示系統(tǒng)，其特征在于:在雙口RAM中設(shè)置一個(gè)專(zhuān)用自檢存儲(chǔ)區(qū)，圖形引擎定期對(duì)圖形顯示系統(tǒng)中的各部件進(jìn)行在線(xiàn)自檢，并將各部件是否出現(xiàn)故障的信息保存到雙口 RAM中的專(zhuān)用自檢存儲(chǔ)區(qū)，上位機(jī)定期讀取自檢存儲(chǔ)區(qū)中的數(shù)據(jù)以便在線(xiàn)了解圖形顯示系統(tǒng)各部件的工作狀態(tài)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于機(jī)載圖形引擎的圖形顯示系統(tǒng)，其特征在于:自檢方法是由圖形引擎周期性的向圖形顯示系統(tǒng)各部件發(fā)出自檢信號(hào)，采集相應(yīng)部件輸出的應(yīng)答信息，若圖形引擎采集到的應(yīng)答信息正確，則判定該部件工作正常，若采集到的應(yīng)答信息不正確或未采集到應(yīng)答信息，則判定該部件有故障。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于機(jī)載圖形引擎的圖形顯示系統(tǒng)，其特征在于:所述圖形引擎的圖形生成器采用管線(xiàn)化方法進(jìn)行工作，生成圖形上各點(diǎn)的坐標(biāo)并進(jìn)行光柵化處理，在圖形生成器中構(gòu)建各種圖形的IP核庫(kù)；在圖形繪制光柵化階段，圖形生成器從圖元起點(diǎn)開(kāi)始逐點(diǎn)計(jì)算該圖元在屏幕上坐標(biāo)值，以坐標(biāo)值的整數(shù)部分作為該點(diǎn)在柵格點(diǎn)位置，取圖元RGB值作為該柵格點(diǎn)的顏色，根據(jù)坐標(biāo)的小數(shù)部分，計(jì)算出柵格點(diǎn)相鄰點(diǎn)的灰度值系數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)圖元點(diǎn)的柵格化和圖元的硬件反走樣處理，實(shí)現(xiàn)真實(shí)感圖形生成。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于機(jī)載圖形引擎的圖形顯示系統(tǒng)，其特征在于:對(duì)于某個(gè)圖元上的各個(gè)柵格點(diǎn)以及相鄰的反走樣點(diǎn)的顏色值的計(jì)算，圖元上的柵格點(diǎn)依次流過(guò)圖形生成器各個(gè)計(jì)算單元，即采用流水線(xiàn)的方式進(jìn)行計(jì)算，而在圖形生成器中，多個(gè)不同圖元的生成過(guò)程是并行執(zhí)行的。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的基于機(jī)載圖形引擎的圖形顯示系統(tǒng)，其特征在于:所述圖形引擎的幀存控制器按照柵格化后的圖形點(diǎn)位置將其RGB值存儲(chǔ)到幀存控制器的指定存儲(chǔ)單元中；在幀存控制器內(nèi)部設(shè)置了裁剪模板，當(dāng)裁剪模板被使能時(shí)，幀存控制器對(duì)所有要存儲(chǔ)的圖形點(diǎn)進(jìn)行過(guò)濾，只有位于裁剪模板內(nèi)部的圖形點(diǎn)的RGB灰度值才存儲(chǔ)到幀存器中，而位于裁剪模板外的圖形點(diǎn)不被保存；當(dāng)裁剪模板未被使能時(shí)，所有生成的圖形點(diǎn)都被存儲(chǔ)到幀存控制器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于機(jī)載圖形引擎的圖形顯示系統(tǒng)，其特征在于:所述幀存控制器模塊內(nèi)部劃分為圖形幀存器和視頻幀存器，圖形幀存器用于緩存圖形生成引擎生成圖形畫(huà)面，視頻幀存器用于緩存外部輸入的視頻畫(huà)面。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于機(jī)載圖形引擎的圖形顯示系統(tǒng)，其特征在于:圖形幀存器和視頻幀存器又各自劃分為2個(gè)緩存區(qū)，即圖形幀存器A區(qū)和圖形幀存器B區(qū)、視頻幀存器A區(qū)和視頻幀存器B區(qū)，每個(gè)幀存器A區(qū)和B區(qū)以周期交替輪換的工作方式接收和輸出數(shù)據(jù):在某個(gè)周期中，圖形幀存器A區(qū)緩存圖形生成引擎生成圖形畫(huà)面，視頻幀存器A區(qū)緩存外部輸入的視頻畫(huà)面，此時(shí)圖形幀存器B區(qū)和視頻幀存器B區(qū)在視頻控制器的控制下輸出所緩存的畫(huà)面數(shù)據(jù)；在下一個(gè)周期中，圖形幀存器的A區(qū)和B區(qū)的工作狀態(tài)互換，同時(shí)視頻幀存器的A區(qū)和B區(qū)的工作狀態(tài)也互換。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于機(jī)載圖形引擎的圖形顯示系統(tǒng)，其特征在于:所述視頻控制器按照屏幕掃描的順序依次逐點(diǎn)從圖形幀存器和視頻幀存器中讀取柵格點(diǎn)的RGB值，形成兩路視頻流，視頻控制器按流水線(xiàn)的方式分別對(duì)兩路視頻流進(jìn)行處理，由圖形幀存器輸出的視頻流首先經(jīng)過(guò)區(qū)域填充模塊進(jìn)行圖形的區(qū)域填充，同時(shí)由視頻幀存器輸出的視頻流經(jīng)過(guò)選通器進(jìn)入背景畫(huà)面的選擇即背景畫(huà)面采用純色，還是以輸入的視頻為背景，然后兩路視頻流逐點(diǎn)依次流入視頻混合器進(jìn)行視頻混合運(yùn)算，混合運(yùn)算中根據(jù)預(yù)設(shè)的透明度確定兩路視頻數(shù)據(jù)的權(quán)值，對(duì)兩路視頻流的各點(diǎn)進(jìn)行逐點(diǎn)的加權(quán)計(jì)算，從而得到混合后的各點(diǎn)的顏色值，形成輸出 視頻信號(hào)流。
【文檔編號(hào)】H04N5/262GK104010136SQ201410252205
【公開(kāi)日】2014年8月27日 申請(qǐng)日期:2014年6月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月9日
【發(fā)明者】李開(kāi)宇, 王文棟, 王棟, 劉文波, 鄭凱文, 徐貴力 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)