基于FPGA+DSP的飛機座艙綜合圖形顯示技術(shù)研究.pdf

1、驅(qū)動彩色液晶顯示器的圖形生成技術(shù)是航空電子技術(shù)的一項關(guān)鍵技術(shù)，其核心內(nèi)容包括圖形的高速實時生成和圖形的反走樣等。國外航空座艙電子綜合圖形顯示技術(shù)已相當(dāng)成熟，上世紀(jì)90年代已大量應(yīng)用。我國在機載圖形綜合顯示系統(tǒng)領(lǐng)域曾經(jīng)比較落后，近10年來加快了研究步伐，目前已經(jīng)取得了一定成果。國內(nèi)產(chǎn)品已應(yīng)用在某些型號的國產(chǎn)飛機上，但技術(shù)與國際先進水平比還有差距。
　　 本文針對飛機座艙綜合圖形顯示系統(tǒng)基本畫面及其組合畫面的特點，對圖形生成、硬件加

2、速技術(shù)和反走樣技術(shù)展開研究，主要包括以下幾方面：
　　 根據(jù)圖形顯示畫面的特點，提出了一套基于FPGA+DSP的飛機座艙綜合圖形顯示系統(tǒng)實現(xiàn)方案：用FPGA作為主處理器，完成圖形的生成；用DSP作為協(xié)處理器，完成少量參數(shù)計算；并使用雙幀存保存待顯示的圖形。提出并開發(fā)了原理樣機，該方案能實現(xiàn)高分辨率、大屏幕的顯示，有效的提高了飛機座艙綜合圖形顯示系統(tǒng)的性能，通過在DSP提供通用函數(shù)庫，大大簡化了軟件的開發(fā)流程。
　　 結(jié)合

3、座艙圖形顯示系統(tǒng)畫面的繪制，在分析現(xiàn)有的直線生成算法的基礎(chǔ)上，針對經(jīng)典的Bresenham算法一次只能生成一個像素，效率較低的缺點，提出新的改進算法。該算法通過遞推運算，每次可以生成一個像素行，提高了算法效率。在此基礎(chǔ)上，借鑒雙步直線算法的思想，進一步提出多像素行直線算法，一次可以生成兩個像素行，進一步提高了效率。這些算法仍保持了Bresenham算法計算簡單的特點，可以由FPGA實現(xiàn)，提高了直線生成速度。
　　 研究了直線、圓

4、和字符的反走樣算法。提出一種新的直線反走樣算法，在保證反走樣效果的基礎(chǔ)上，簡化計算，提高了算法的效率。針對飛機座艙圖形顯示中需要繪制三像素寬直線，把新的反走樣算法應(yīng)用到多像素寬的直線繪制，提出了多像素寬直線反走樣繪制的方法。針對現(xiàn)有圓的反走樣生成算法計算復(fù)雜，反走樣效果一般的缺點，提出了一種基于中點畫圓法的整數(shù)反走樣算法，通過省略高次項來簡化計算，并用簡單的計算修正省略帶來的誤差以保證精度。為了簡化計算，針對64級灰度的圓弧反走樣，提出

5、了相鄰像素的灰度遞推方法，利用整數(shù)移位、加法和比較來實現(xiàn)反走樣。研究并設(shè)計了基于FPGA的字符的反走樣方法。設(shè)計的幾種反走樣算法結(jié)構(gòu)簡單，反走樣效果較好，由于避免了浮點和除法運算，便于FPGA實現(xiàn)。
　　 在基于FPGA+DSP的平臺上，實現(xiàn)了水平狀態(tài)指示儀畫面的生成。DSP計算直線和字符旋轉(zhuǎn)后的位置，F(xiàn)PGA根據(jù)這些位置來生成整個畫面。系統(tǒng)通過對稱性減少了DSP的計算量：通過并行運算提高了效率：通過重畫舊畫面提高了消隱速度。理