Evaluierung von FPGAs im Umfeld von Display-Controller-Applikationen

Die Hardware-Plattform PABLO stellt mit ihrem auf Flexibilität und Leistungsfähigkeit ausgelegten Konzept einen Ausgangspunkt für die Integration von FPGAs als Display- und Grafik-Controller dar.

Durch die Skalierbarkeit des FPGA-basierten Lösungsansatzes ermöglicht Pablo ein sehr breites Anwendungsspektrum von einfachen Timing-Anpassungen für verschiedene Displays über Mid-Size-Display-Controller-Applikationen bis hin zu komplexen Video- und Image-Processing-Systemen.

Zentrale Elemente des Basisboards sind ein Low-Cost-FPGA aus der Cyclone-II-Familie, der EP2C20F484C6N, und zwei Mobile-DDR333- Speicher als Frame Buffer. Die Mobile-DDR-RAM-Technologie ermöglicht es, eine Balance zwischen hoher Speicherbandbreite, reduzierter Leistungsaufnahme und einfacher Anbindung zu erzielen. Durch kurze Leitungslängen und genaue Beachtung aller Regeln der Signalintegrität kann bei Mobile-DDR-Speicher auf Terminierungs-Widerstände verzichtet werden - eine deutliche Vereinfachung des Platinenlayouts, das durch die parametrisierbare Treiberstärke der Speicher- und FPGA-Pins ergänzt wird.

In der Kombination aus externem Speicher (Frame Buffer), eingebetteten Speicherblöcken (Line Buffer) sowie den 20 000 Logik-Elementen des EP2C20 sind flexible Display- und Grafik-Controller-Systeme realisierbar, deren Features auch noch sehr spät im Designprozess veränderbar und erweiterbar sind.

Zudem erlauben die konfigurierbaren I/O Pins der Cyclone-II-Familie eine große Anzahl unterschiedlicher Spannungspegel und Interface-Standards, z.B. 3,3-V- LVTTL, LVCMOS, PCI und PCI-X - aber auch differenzielle Signale von LVDS-Displays sind direkt unterstützt. Auf der Pablo-Plattform wird diese Flexibilität in vielen Bereichen als Schnittstelle zum Austausch von Kontrollinformationen und Videodaten sowie zur direkten Ansteuerung der Displays genutzt. So sind einige Kontroll- und Kommunikations-Interfaces wie UART, I²C und SPI direkt auf dem Basisboard integriert und ermöglichen die Ansteuerung über einen externen Host-Prozessor. Direkte Interaktion mit dem Anwender ist über einen Joystick, Push-Buttons und frei konfigurierbare LEDs möglich.

Das Pablo-Basisboard bietet zwei Steckplätze, die im "Santa Cruz"-Format von Altera ausgeführt sind. Dadurch ist die Plattform flexibel um Zusatzfunktionen erweiterbar, die über Add-on-Karten in das System eingebunden werden. In der ersten Phase des Pablo-Konzeptes wurden drei Add-on-Karten entwickelt, die über Sasco Holz bezogen werden können. Die Composite-Video-Input-Karte (P-ADD-CVID) ermöglicht die Einspeisung analogen Video- und Bild-Materials von DVD-Playern, Security-Kameras oder anderen Quellen. Eine Karte mit Gigabit Ethernet und Full-Speed USB OTG PHYs (P-ADD-gEuO) erlaubt die Anbindung von Pablo in Ethernet- oder USB-basierenden Systemtopologien. Das OLED-Display-Add-on-Modul (P-ADD-OLED) stellt das Interface und die Spannungsversorgung zur Unterstützung aller Pictiva-OLEDs von Osram mit 18-Pin- und 30-Pin-ZIF zur Verfügung.

Pablo Cross Adapter und Display Support

Ein wichtiges Ziel des Pablo-Konzeptes ist es, eine breite Auswahl von Displays der Hersteller Hitachi, Sharp und NEC zu unterstützen. Da bisher noch kein einheitliches Interface zur Anbindung von Display-Panels eingeführt ist, musste für Pablo eine flexibel erweiterbare Lösung gefunden werden, um alle benötigten Steckverbinder und Spannungsversorgungen dieser Displays abzudecken. Dies wird über Cross-Adapter erreicht, die eine Anpassung der vom Basisboard bereitgestellten Nutzsignale und Versorgungsspannungen an Display und Backlight-Inverter vornehmen. Langfristig ist geplant, bis zu 40 Displays unterschiedlichster Auflösungen und Größen mit LVDS- oder 18-bit-RGB-Interface zu unterstützen.


Sasco Holz GmbH
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