嵌入式视频处理系统领域的FPGA验证

2009-11-09 14:55:59来源: 互联网

 FPGA在视频处理方面可能很有用处,但在验证基于FPGA的视频系统时,则需要仔细关注您所用的方法。

    要点

    FPGA能满足目前的视频处理系统的需要。

    在视频处理应用领域,必须格外重视测试台设计。

    应使验证环境尽可能接近真实世界,这将使电路板级的集成变得容易,并减少重制需要。

    参与消费电子细分市场,会带来许多优势。尽管如此,该细分市场的设计团队仍将面临急剧收缩的上市时间窗口。因此,基于FPGA的设计已经演变成为许多系统体系结构设计者的首选。同时,人们对消费品中的多媒体功能的需求日益增多,这使得DSP和流传输接口成为许多嵌入式产品中必备的部件。几家FPGA厂商开发了带有DSP核心与流传输接口的FPGA,它们在技术和复杂度上均足以应对最近这些设计要求。

    但是,如果FPGA通过接口与DSP核心连接,并且高速视频数据是通过它来传输,那么它根本不是简单的系统。这种更高的设计复杂度导致了额外的验证难题,并且如果您在设计阶段晚期发现一处重大错误,那么这还会导致高成本的系统板重制。为了消除这一隐患,您必须仔细考虑自己采用的验证方法,以便降低重制风险。

    对基于FPGA的设计进行验证,其最大优势在于,系统在最低级别拥有预先定义的体系结构,因此您在设计伊始就知道测试必要场景的范围。因此,验证团队可在FPGA基础上构建一个模仿实际系统体系结构的验证环境。

    除了验证外设之外,您还必须验证FPGA内部的各种设计元件,比如数字时钟管理器(DCM)和块RAM,您在自己的设计方案中会用到它们。但是这需要您验证许多部件。因此测试完成时间会极大地影响产品开发总体时间。有鉴于此,验证环境必须具有很高的时间效率。如果您在对FPGA设计元件和外围器件有充分了解的前提下开发出恰当的验证环境,那么该环境的初期设计可使您编写出准确的测试案例,并确认电路板设计。

    基元的正确使用

    FPGA厂商们提供DCM、块RAM等经过良好验证的FPGA基元。但是,要想在FPGA设计中正确使用这些基元,您就必须遵循特定的指导方针。务必在设计方案变成芯片之前发现所有不正确的使用。例如,输入时钟上的允许时钟抖动就是这样一条DCM约束。在某个测试案例中,DCM在低频模式时,对周期抖动的约束为±300ps。按照设计规格,DCM的输入时钟可以是16.384、22.5792或24.576MHz。但是在设计验证期间,当实验人员把输入时钟从一个频率切换到另一个频率时,DCM解锁了,这是因为频率的切换违反了输入时钟抖动约束。因此,修改后的设计方案实现了一种机制,在改变输入时钟频率的同时使DCM复位。如果您在前端验证期间未能发现此类错误,那么在电路板设计确认期间,很有可能需要一周或更长时间来查明错误。

    随着技术的进步,FPGA目前已把块RAM包含在内,后者可以是单端口或双端口存储器。如果是双端口RAM,那么块RAM允许两个端口同时访问同一个存储单元。但是,如果设计者以不恰当的方式来实现RAM控制器,那么在同一个有效的写周期当中,两个存储器端口也许会试图向相同的RAM位置写入不同数据。验证团队必须为此类场景准备单独的测试。因此,FPGA设计者和FPGA验证工程师都必须意识到FPGA内部元件的要求或约束。

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关键字:嵌入式视频  处理系统  FPGA验证

编辑:刘志青 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/FPGA/2009/1109/article_794.html
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北京航空航天大学教授,国内最早从事复杂数字逻辑和嵌入式系统设计的专家。

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