DVI显示接口及其在机载雷达中的运用

2011-07-01 06:37:28来源: 南京电子技术研究所
    目前大多数机载雷达与显示设备之间都是通过PAL制视频信号或模拟VGA接口连接传输,机载雷达内部以数字方式生成的显示图像信息,被显示接口中的D/A(数字/模拟)转换器转变为R、G、B三原色信号和行、场同步信号或是含有同步的全电视信号,信号通过电缆传输到显示设备中。对于模拟显示设备,如模拟CRT显示器,信号被直接送到相应的处理电路,驱动控制显像管生成图像。而对于LCD、LED、DLP等数字显示设备,显示设备中需配置相应的A/D(模拟/数字)转换器,将模拟信号转变为数字信号。在经过D/A和A/D两次转换后,不可避免地造成了一些图像细节的损失。由于目前大多数机载显示设备都是LCD、LED、DLP等数字显示设备,为了减少不必要的信息损失,DVI等数字显示接口越来越多地被运用到机载雷达中。

1 DVI简介
    1999年,由Silicoil Image、Intel、Compaq、IBM、HP、NEC、Fuiitsu等公司共同组成数字显示工作组(DDWG,DigitalDisplayWorking Group)推出的数字显示接口(DVI,Digital VisualInterface)标准。
    DVI标准由DDWG于1994年4月正式推出,它的基础是Silicon Image公司的PanalLink接口技术,PanalLink接口技术采用的是最小化传输差分信号(TMDS,Transition Mini-mizedDifferential Signaling)作为基本电气连接。计算机中生成的图像信息传送到显示处理单元(显卡)中,经处理并编码成数据信号,数据信号中包含了一些像素信息、同步信息以及一些控制信息,信息通过三个通道输出。同时还有一个通道用来传送使发送和接收端同步的时钟信号。每一个通道中的数据以差分信号方式传输,因此每一个通道需要2根传输线。由于采用差分信号传输,数据发送和接收中识别的都是压差信号,因此传输线缆长度对信号影响较小,可以实现远距离的数据传输。在接收端对接收到的数据进行解码,并处理生成图像信息供数字显示设备显示,在DVI标准中对接口的物理方式、电气指标、时钟方式、编码方式、传输方式、数据格式等进行了严格的定义和规范,对于数字显示设备,由于没有D/A和A/D转换过程,避免了图像细节的丢失,从而保证了计算机生成图像的完整再现。在DVI接口标准中还增加了一个热插拔监测信号,从而真正实现了即插即用。
    DVl有DVI1.0和DVI2.0两种标准,其中DVI1.0仅用了其中的一组信号传输信道(data0~data2),传输图像的最高像素时钟为165 M,信道中的最高信号传输码流为1.65 GHz,最高分辨率可达1 600x1 200x60。而DVI2.0则用了全部的两组信号传输信道(data0~data5),传输图像的最高像素时钟为330 M,可支持1 920x1 280分辨率,支持HDMI格式,每组信道中的最高信号传输码流也为1.65 GHz。
    DVI信号在传输过程中有其特殊性,即由于数据码流过快,使得传输距离有限,以1 600×1 200×60为例,按规定,可传输5m,在目前的实际应用中,可完成7m左右,以1 280x1 024x70为例,可传输10 m;1 024x768x75能传到13~14 m。

2 DVI种类及参数
    DVI接头有3种,分别是DVI—Digital(DVI—D)、DVI—Analog(DVI—A)跟DVI—Integrated(DVI—I)。DVI—Digital(DVI—D)只支持数字显示的设备,DVI—Analog(DVI—A)只有支持模拟显示的设备,DVI—Integrated(DVI-I)则是支持数字显示跟模拟显示。从接口定义上可以看出,DVI—I实际上是在DVI—D的基础上增加了模拟接口。之所有会有这样的搭配,因为DVI虽然是为了数字显示设备所订定的标准,但是因为透过数字的传送不会降低画面的效果,再加上为了考量能够转换成模拟讯号,所以才会有DVI—D、DVI—A跟DVI—I这3种接头,其中DVI—I可以兼容DVI—D装置(包括连接线),但是DVI—D接头却不能够使用DVI—I连接线,所以数字显示设备是DVI—D的接头,连接线是DVI—I的接头,显示卡是DVI—I的接头。且DVI—I也可转接成为D—sub 15pin。
    DVI可实现从VGA到0XGA几种不同分辩率如表1如示。

a.jpg


    双链路DVI与单链路DVI可实现的分辩率对照表,如表2所示。
    视频帧由VSYNC个视频行组成,每一行由HSYNC个像素,水平门与垂直门的“与”函数即为可视区域,图像的其他区域为消隐区。目前存在很多种不同VGA模式,以下就常见的各种模式种参数进行说明,给出VGA模式中各种时序参数可以参考,水平(行)时序如表3所示,垂直(场)时序如表4所示。

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c.jpg


    当有效时间增加时,它超过了场同步信号的上升沿,因此前沿为-1在实际设计中如何通过不同的系统频率确定适当的显示模式,例如在某开发板中FPGA的系统时钟频率为50 MHz。这个时钟频率可以用来设计显示800x600模式,为了显示器显示效果好,采用场频(刷新频率)75 Hz,那么帧长可以确定为666,而行总长设计为1 000像素。

3 在机载雷达系统中的运用
    过去的机载雷达多用PAL制的视频信号或VGA信号,在本设计中根据DVI的有关特性,结合机载雷达的具体需求,设计了如图1所示的DVI系统。

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    其实现过程如下,PPC405将需要显示的图像数据按行列要求写入显示存贮器,视频时序电路和读显存地址形成电路将显示存贮器的数据按DVI显示的要求送入DVI接口电路,再由DVI接口电路形成差分的高速串行信号和时钟信号通过DVI专用电缆送入DVI显示器。图1中除了DVI接口电路外均用FPGA形成,FPGA可以灵活地形成不同的行场信号和符合要求的显示缓存区。
    DVI的关键器件(DVI接口芯片)SiI1160的设计简图如图2所示,数字视频信号由FPGA(XC2VPS0)产生,由于XC2VP50内部资源较为丰富,控制整个图形产生的CPU(PPC405)用片内的硬核实现除了DVI接口器件以外的几乎所有器件(包括VRAM,CPU,FLASH,控制逻辑电路等),由于SiI1160有许多信号是高速数字信号,所以在该器件周围要增加足够的电磁保护元件,SiI1160的CLK信号由所显示的图像分辩率决定的,具体选择如前表所述,该器件片内有数字锁相环电路用于倍频,为了保证锁相环电路稳定可靠工作,需要给锁相环电路提供稳定的电源,如图2中的W1,模拟电源需经电感隔离后提供,输出数字图像信号需经如图所示的滤波电路处理后输出,方能保证高速数据的稳定传送。

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    以往的机载雷达一般采用电视制式的视频信号或VGA制式的信号,这些信号均是模拟信号,模拟信号在用于液晶显示时,由于需要先D/  A,再A/D的转换,这样就存在一定程度的信息损失,采用DVI显示接口设计,可以有效避免由于数模模数转换而引进的信息损失,最大限度地保证了雷达显示信号的真实性和完整性。
    DVI显示接口的成功运用,为机载雷达引进了一种全数字的在信号传输环节没有任何信息损失的显示方式,由于该种方式具有如上优点,必将在未来的机载雷达中得到越来起多的运用。
    在印制板的工程设计中,要按照数字高频电路的要求设计,要注意对差分信号的保护,按差分信号的要求布线(如保持等长和平行等),对DVI接口器件周边在布线时要注意电磁保护,以减少信号损失。

4 结束语
    从目前的趋势来看,DVI由于可以支持高分辨率(双路时最高可达2 048x1 536)显示和无信息损失等优点,再加上数字显示设备的不断普及,其应用领域将会越来越广。越来越多的雷达出于诸多方面的考虑已提出要用DVI方式进行显示,而且DVI在技术方面是成熟的,相信在不远的将来,DVI显示接口在雷达上的运用将会越来越多。

关键字:VGA  机载雷达  现场可编程逻辑门阵列

编辑:北极风 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/FPGA/2011/0701/article_2232.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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