机载视频处理及图形生成系统硬件平台设计与实现

摘要

随着机载座舱显示技术的高速发展，新一代的战斗机已经逐步采用综合视频图形显示系统来替代传统的指针式仪表显示系统。本文以某型机载视频处理及图形生成系统为研究对象，展开了对系统硬件平台的设计与实现工作。
　　全文的主要研究内容如下：
　　1.依据结构化设计的思想，完成了对系统硬件平台的架构设计，包括分层设计和层间接口设计，将系统硬件平台分为视频输入解码层、数据处理层和视频编码输出层共三层，并完成了各层之间的标准接口设计以及系统硬件平台与上层软件平台之间的数字接口设计。
　　2.依据自顶向下的设计方法，完成了系统硬件平台从最顶层架构到最底层电路实现的详细设计过程，包括对数据处理层、视频编解码层以及外围辅助电路模块的设计与实现。其中，数据处理层以高速FPGA为核心处理器，采用操作系统内存+独立显存的双DDR2存储器设计架构。视频编解码层主要完成了模拟PAL视频接口及1.62Gbps高速DVI视频接口的设计与实现。外围辅助电路模块主要完成了系统电源分配网络、时钟分配网络以及2.5Gbps高速PCI-E通信接口等模块的设计与实现。
　　3.完成了系统硬件平台18层数模混合高速高密度PCB的设计，包括PCB的版面结构设计、器件布局设计、层叠结构设计以及主要硬件电路模块的布线约束规则设计，给出了最终的PCB设计图样。
　　4.对系统硬件平台中重要电路模块进行了信号完整性仿真分析，仿真结果表明，本文所设计的硬件平台中，电源分配网络是一个宽带低阻抗网络，533Mbps高速DDR2存储器接口信号质量较好。
　　5.对系统原理样机进行了详细的测试验证。单板测试结果表明，本文所设计的硬件平台的系统可靠性、信号传输线阻抗、电源质量、系统功耗等参数指标均满足设计要求，且有充分的裕度。硬件平台中视频接口、高速通信接口等模块均满足功能要求，且信号质量好。而系统原理样机整机测试结果则表明，系统硬件平台能够支持系统运行所需要的各种复杂算法的实现，这有力地证明了本文所论述的机载视频处理及图形生成系统硬件平台设计合理，能够可靠地满足系统要求。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

图清单

表清单

英文缩略词注释

英文缩略词注释（续）

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究概况

1.3 主要研究内容及成果

1.4 全文架构

第二章 系统硬件总体方案设计

2.1 引言

2.2 系统总体框架设计

2.3 系统硬件架构设计

2.4 本章小结

第三章 数据处理层硬件设计

3.1 引言

3.2 基于FPGA的处理器模块设计

3.3 FLASH存储器模块设计

3.4 DDR2存储器模块设计

3.5 本章小结

第四章 视频编解码层硬件设计

4.1 引言

4.2 DVI-D制式视频处理模块设计

4.3 PAL-D制式视频处理模块设计

4.4 本章小结

第五章 系统外围辅助模块硬件设计

5.1 引言

5.2 电源分配网络设计

5.3 时钟分配网络设计

5.4 PCI-E高速通信接口模块设计

5.5 以太网接口模块设计

5.6 系统监控模块设计

5.7 本章小结

第六章 系统PCB设计与实现

6.1 引言

6.2 PCB结构设计

6.3 PCB布线设计

6.4 PCB设计图样

6.5 本章小结

第七章 系统信号完整性仿真及结果分析

7.1 引言

7.2 电源完整性仿真及结果分析

7.3 DDR2存储器接口信号完整性仿真及结果分析

7.4 本章小结

第八章 系统测试及结果分析

8.1 引言

8.2 测试系统设计

8.3 硬件电路指标测试计算及结果分析

8.4 硬件模块功能测试及结果分析

8.5 系统功能联合测试及结果分析

8.6 本章小结

第九章 结束语

9.1 全文总结

9.2 研究展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文