基于DSP与FPGA的全姿态指引仪图形显示系统设计

　　O 引言

　　随着现代航空电子技术飞速发展以及飞机性能的提高，使得机载图形显示系统所显示的参数越来越多，同时也对画面显示质量从人机工效学的角度提出了很高的要求。要保证图形显示的连续性，显示系统必须以每秒50帧以上的频率实时刷新。传统的EADI图形处理方法是采用软件运算实现，速度较慢，占用大量的运算时间，从而使系统很难在规定的时间内完成区域填充、字符与直线旋转、反走样运算等较为耗时的运算。本文设计了基于DSP与FPGA的系统结构，采用了软硬件填充的图形处理方法，先由DSP软件完成图形轮廓生成，然后FPGA硬件图形处理器根据图形轮廓完成耗时的图形填充，使系统在实时性方面取得了很好的效果并使得系统运算资源得到了合理的分配与利用。

　　1 全姿态指引仪的功能与原理

　　飞行仪表的综合显示系统主要包括全姿态指引仪、电子航道罗盘、导航仪和视景仪等模块化仪表设备，其中电子全姿态指引仪的显示信息包括姿态指引信息、高度信息、速度信息和工作状态信息等。它的主要任务就是以动态图形和字符的形式实时的显示飞行参数，以便飞行员准确的获取所需要的信息，并进行及时安全的操纵。全姿态指引仪区域填充运算主要针对内部天地球区域，如图1(a)所示。以中间分界线即地平线为界，上部蓝色区域代表天空，下部褐色区域代表陆地，地平线位置和角度决定两个区域的形状，在每次画面刷新时都要重新生成图形，上面叠加的字符和线段也要跟随地平线一起旋转。地平线的位置和角度是由两个飞行参数决定的：俯仰角和侧滚角。如图l(b)所示，俯仰角θ决定地平线离图形中心的垂直距离h，侧滚角α决定其倾斜角度。

　　2 系统硬件结构设计

　　电子全姿态指引仪对实时性提出了严格的要求，其硬件系统结构需要具有稳定可靠、实时数据处理能力强的特点。随着DSP与FPGA技术发展，DSP+FPGA系统结构在图形图像处理的应用场合突显出很强的优越性，两种器件分别适合复杂算法运算和硬件并行运算与控制。因而考虑将图形运算分步处理，将轮廓生成的工作交给DSP，而区域填充由FPGA硬件完成，这便是软硬件填充方法。

　　工作时，输入是多路传感器信号，经A/D转换为数字信号，输入到FPGAl中按照特定的算法对信号进行预处理后，存入双口RAMl中。DSP又通过双口RAMl读取预处理后的数据，按照设定好的算法生成需要显示的图形与字符的轮廓，接着通过双口RAM2传给FPGA2，在FPGA2中完成字符图形填充、反走样、显示等功能。DSP连接一个容量较大的SDRAM为全局共享外部存储器，而FPGA通过连接一组容量较小的双口RAM为局部共享存储器。