小型化低功耗機(jī)載顯示器圖形系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)*

張 鋒，楊粵濤，高偉林，祁 偉，樊 濤，楊炳偉

(蘇州長(zhǎng)風(fēng)航空電子有限公司，江蘇 蘇州 215151)

0 引 言

飛機(jī)座艙顯示器是飛行員獲取飛機(jī)信息、地圖信息、作戰(zhàn)信息的重要人機(jī)交互接口，是座艙系統(tǒng)的重要設(shè)備[1-3]。圖形系統(tǒng)主要承擔(dān)圖形顯示、視頻處理、總線通信等功能,是飛機(jī)座艙顯示器的重要模塊之一。圖形系統(tǒng)中的圖形生成技術(shù)主要有兩種架構(gòu)：一種是片上系統(tǒng)(System on Chip，SoC)方式[4-5]，采用片上系統(tǒng)的內(nèi)部資源實(shí)現(xiàn)機(jī)載顯示器畫面的實(shí)時(shí)生成與顯示，適用于對(duì)功耗尺寸要求較高的小尺寸顯示器；另一種是中央處理器(Central Processing Unit，CPU)+圖形處理器(Graphics Processing Unit，GPU)方式[6-8]，采用專用的獨(dú)立CPU和GPU實(shí)現(xiàn)機(jī)載顯示器畫面的實(shí)時(shí)生成與顯示，適用于對(duì)性能要求較高的大尺寸顯示器。

以往在這兩種主流設(shè)計(jì)架構(gòu)中核心器件均采用進(jìn)口芯片，存在一定的風(fēng)險(xiǎn)，而當(dāng)前國(guó)產(chǎn)元器件發(fā)展迅速，如天津飛騰、中科龍芯以及長(zhǎng)沙景嘉微等公司的核心器件在國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品中得到大量應(yīng)用[9-11]。其中，國(guó)產(chǎn)CPU+GPU架構(gòu)的圖形系統(tǒng)也已經(jīng)在逐步應(yīng)用[12]，但這種架構(gòu)體積偏大，功耗較高，無(wú)法適用于小尺寸低功耗機(jī)載顯示器應(yīng)用場(chǎng)景。

鑒于小尺寸低功耗圖形系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)較高，本文提出一種基于龍芯2K1000的機(jī)載顯示器圖形系統(tǒng)，采用國(guó)產(chǎn)SoC和國(guó)產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(Field Programmable Gate Array，F(xiàn)PGA)構(gòu)建硬件架構(gòu)平臺(tái)。該平臺(tái)尺寸小、功耗低，并搭載航空專用的國(guó)產(chǎn)天脈操作系統(tǒng)軟件，支持圖形實(shí)時(shí)生成與顯示、外視頻輸入處理與疊加顯示、擴(kuò)展航空總線通信，能夠滿足小尺寸低功耗顯示器應(yīng)用需求。

1 系統(tǒng)架構(gòu)及其工作原理

1.1 圖形系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)

圖形系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)如下：

(1)典型畫面刷新率>25 frame/s；

(2)功耗<10 W；

(3)支持嵌入式開放圖形庫(kù)(Open Graphics Library for Embedded Systems，OpenGL ES)繪圖接口；

(4)支持視頻疊加；

(5)支持3路RS422和2路高級(jí)數(shù)據(jù)鏈路控制(High Level Data Link Control，HDLC)通信；

(6)支持固態(tài)硬盤(Solid State Disk，SSD)，容量不小于2 GB；

(7)軟硬件全部國(guó)產(chǎn)化。

1.2 圖形系統(tǒng)的硬件構(gòu)成

如圖1所示，圖形系統(tǒng)主要由圖形生成模塊、視頻處理模塊以及通信接口模塊構(gòu)成。圖形生成模塊由龍芯2K1000和外部第三代雙倍速率同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器(Double-Data-Rate Three Synchronous Dynamic Random Access Memory，DDR3 SDRAM)組成。龍芯2K1000內(nèi)部包含兩個(gè)64位GS264 處理器核，最高主頻1 GHz；1個(gè)集成GPU；1個(gè)支持兩路輸出的顯示控制器。DDR3 SDRAM包含圖形顯示所需的幀存空間。除此之外，圖形生成模塊還包含系統(tǒng)工作必備的存儲(chǔ)子模塊和調(diào)試子模塊。

圖1 圖形系統(tǒng)模塊圖

視頻處理模塊和通信接口模塊均位于FPGA中。視頻處理模塊由圖像緩存子模塊、視頻疊加子模塊和啟動(dòng)Logo產(chǎn)生子模塊組成。通信接口模塊由寄存器存儲(chǔ)及地址解析子模塊、通用異步收發(fā)器(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，UART)子模塊、HDLC子模塊組成。

1.3 圖形系統(tǒng)的工作原理

該系統(tǒng)的基本工作原理為：GS264處理器核心解析基于OpenGL ES的繪圖指令，通過(guò)內(nèi)部多級(jí)互聯(lián)總線將繪圖圖元指令信息送至GPU核心單元；GPU核心單元根據(jù)指令繪制圖形，生成幀存數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)在DDR3 SDRAM中；根據(jù)圖形顯示分辨率(如1 024 pixel×768 pixel@60 Hz)配置顯示接口時(shí)序，顯示控制器從DDR3 SDRAM中讀取幀存數(shù)據(jù)，生成數(shù)字RGB三原色視頻信號(hào)給視頻處理模塊；為防止幀存數(shù)據(jù)沖突，導(dǎo)致畫面破裂，DDR3 SDRAM中開辟兩片幀存區(qū)域，GPU和顯示控制器交替存儲(chǔ)和讀取幀存區(qū)域，幀存區(qū)域的切換由軟件來(lái)控制。

視頻處理模塊接收?qǐng)D形生成模塊輸入的內(nèi)部視頻和外部設(shè)備輸入的外部視頻，緩存后進(jìn)行疊加處理，外部視頻作為后景，內(nèi)部視頻作為前景，支持透明度調(diào)節(jié)；處理后的視頻經(jīng)過(guò)外部視頻編碼器，轉(zhuǎn)換成低壓差分信號(hào)(Low-voltage Differential Signaling，LVDS)送給液晶顯示組件顯示。

通信接口模塊對(duì)外擴(kuò)展出機(jī)載總線(如RS422、HDLC等)，用于與外部機(jī)載設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，接收?qǐng)D形顯示控制信息，發(fā)送圖形系統(tǒng)的響應(yīng)信息等。對(duì)內(nèi)通過(guò)內(nèi)總線與圖形生成模塊進(jìn)行上述數(shù)據(jù)傳遞。圖形顯示軟件根據(jù)接收的圖形顯示控制信息，使用相應(yīng)的OpenGL ES繪圖指令生成內(nèi)部視頻，同時(shí)通過(guò)內(nèi)總線向視頻處理模塊傳遞視頻疊加信息，控制內(nèi)部視頻的顯示透明度，最終實(shí)現(xiàn)圖形系統(tǒng)機(jī)載畫面的實(shí)時(shí)生成顯示。

2 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

2.1 硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)原理圖如圖2所示，主要分為龍芯2K1000核心處理電路設(shè)計(jì)、FPGA視頻處理電路設(shè)計(jì)及外圍電路設(shè)計(jì)三個(gè)部分。

圖2 圖形系統(tǒng)硬件原理圖

龍芯2K1000核心處理電路包括其供電、復(fù)位、晶振、內(nèi)存、存儲(chǔ)器、調(diào)試接口等，其中，DDR3 SDRAM選用紫光的HXI15H4G160AF-13K芯片，設(shè)計(jì)中采用4片DDR3 SDRAM，數(shù)據(jù)線共64位，容量共為16 Gb；串行外設(shè)接口(Serial Peripheral Interface，SPI)FLASH選用深圳國(guó)微的SM25QH128M，用于存放PMON(龍芯boot程序)和操作系統(tǒng)；SSD存儲(chǔ)芯片采用綠芯的GLS85LS1002E，容量為2 GB，用于存放應(yīng)用程序。

FPGA視頻處理電路包括FPGA電路、視頻解碼電路和視頻編碼電路，其中，F(xiàn)PGA選用復(fù)旦微的JFM7K325T8，最大頻率550 MHz，內(nèi)部資源豐富；視頻解碼電路采用振芯科技GM7145器件將差分?jǐn)U展圖形陣列(Extended Graphics Array，XGA)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)XGA，然后再采用該公司的GM7002集成解碼器將標(biāo)準(zhǔn)XGA信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字RGB信號(hào)，給到FPGA的輸入輸出端口，實(shí)現(xiàn)疊加處理；視頻編碼電路采用振芯科技GMG7123芯片將FPGA輸出的RGB和行場(chǎng)信號(hào)編碼為單端XGA視頻信號(hào)，再通過(guò)該公司的GM7148器件將單端XGA轉(zhuǎn)換成三線制差分XGA信號(hào)。

外圍電路主要用于實(shí)現(xiàn)RS422、HDLC等通信接口的電平轉(zhuǎn)換，通信協(xié)議由FPGA內(nèi)部實(shí)現(xiàn)。

本系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)中全部選用國(guó)產(chǎn)元器件，滿足國(guó)產(chǎn)化需求。

2.2 FPGA軟件設(shè)計(jì)

FPGA軟件設(shè)計(jì)分為通信接口模塊軟件設(shè)計(jì)和視頻處理模塊軟件設(shè)計(jì)。

2.2.1 通信接口模塊軟件設(shè)計(jì)

通信接口模塊用于圖形系統(tǒng)與外部的通信，設(shè)計(jì)中要求滿足3路RS422和2路HDLC。本模塊主要包括寄存器存儲(chǔ)與地址解析子模塊、UART子模塊、HDLC子模塊。寄存器存儲(chǔ)與地址解析模塊負(fù)責(zé)將龍芯2K1000內(nèi)總線的數(shù)據(jù)解析存儲(chǔ)到相應(yīng)的FPGA本地寄存器中，此外再將本地寄存器的數(shù)據(jù)通過(guò)特殊的時(shí)序發(fā)往龍芯2K1000，本地的寄存器包含UART寄存器和HDLC寄存器。UART模塊負(fù)責(zé)RS422的收發(fā)通信，HDLC模塊負(fù)責(zé)HDLC協(xié)議的收發(fā)通信。下面主要介紹HDLC模塊的設(shè)計(jì)。

本文設(shè)計(jì)的模塊框圖如圖3所示，主要包括HDLC發(fā)送單元、HDLC接收單元、波特率發(fā)生器、先入先出隊(duì)列(First Input First Output，F(xiàn)IFO)單元、循環(huán)冗余校驗(yàn)碼(Cyclic Redundancy Check，CRC)校驗(yàn)單元、HDLC發(fā)送地址解析單元和HDLC接收地址解析單元等。

圖3 HDLC模塊功能框圖

HDLC模塊處于發(fā)送狀態(tài)時(shí)，龍芯2K1000往HDLC數(shù)據(jù)發(fā)送寄存器的地址寫入數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)暫存在發(fā)送FIFO中；HDLC發(fā)送單元查詢FIFO中的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)，若FIFO中的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)不為0，則讀取FIFO中的數(shù)據(jù)，HDLC發(fā)送單元先發(fā)送包頭再發(fā)送數(shù)據(jù)，邊發(fā)送數(shù)據(jù)邊對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行CRC校驗(yàn)，最后發(fā)送數(shù)據(jù)位最終CRC校驗(yàn)的值，由此完成一包數(shù)據(jù)的發(fā)送。此外，在進(jìn)行數(shù)據(jù)接收的時(shí)候，HDLC接收單元檢測(cè)包頭，如果包頭滿足要求，則接收余下的數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)緩存到FIFO中去，HDLC接收單元邊接收數(shù)據(jù)邊進(jìn)行CRC校驗(yàn)，當(dāng)滿足接收的數(shù)據(jù)等于CRC校驗(yàn)時(shí)，則給出中斷信號(hào)，由龍芯2K1000從數(shù)據(jù)接收寄存器中讀取數(shù)據(jù)，讀取數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度為FIFO中數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)。

2.2.2 視頻處理模塊軟件設(shè)計(jì)

視頻處理模塊主要用于異步視頻時(shí)序的同步化處理，實(shí)現(xiàn)內(nèi)部視頻與外部視頻的疊加，以及啟動(dòng)Logo產(chǎn)生，包括圖像緩存子模塊、視頻疊加子模塊和啟動(dòng)Logo產(chǎn)生子模塊。

(1)圖像緩存模塊

圖像緩存模塊結(jié)構(gòu)如圖4所示，由3個(gè)視頻直接存儲(chǔ)器存取(Video Direct Memory Access，VDMA)構(gòu)成，第一個(gè)VDMA實(shí)現(xiàn)龍芯2K1000產(chǎn)生的圖形畫面即內(nèi)部視頻的緩存，第二個(gè)VDMA實(shí)現(xiàn)XGA圖像即外部視頻的緩存，第三個(gè)VDMA實(shí)現(xiàn)Logo圖像的緩存。不同的是，第一個(gè)VDMA單獨(dú)采用一個(gè)視頻緩存區(qū)域進(jìn)行緩存，第二個(gè)和第三個(gè)VDMA采用同一片視頻緩存區(qū)域進(jìn)行緩存。若XGA信號(hào)沒(méi)有的話，則選擇Logo圖像緩存進(jìn)入圖像緩存區(qū)，否則選擇XGA視頻信號(hào)。

圖4 圖像緩存模塊功能框圖

(2)視頻疊加模塊

視頻疊加模塊將前景和后景的圖像數(shù)據(jù)按透明度比例進(jìn)行疊加，生成最終的顯示圖像數(shù)據(jù)。透明度取值范圍為0～255，當(dāng)透明度為0時(shí)，只顯示前景圖像數(shù)據(jù)；當(dāng)透明度為255時(shí)，只顯示后景圖像數(shù)據(jù)。前景的數(shù)據(jù)來(lái)自于龍芯2k1000的內(nèi)部視頻，后景數(shù)據(jù)來(lái)自于XGA的外部視頻，透明度值由龍芯2K1000軟件設(shè)置，再由地址解析模塊解析給出。

(3)Logo產(chǎn)生模塊

Logo產(chǎn)生模塊實(shí)現(xiàn)在上電時(shí)初始化顯示器的畫面，Logo的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于FPGA存儲(chǔ)器。Logo產(chǎn)生模塊將存儲(chǔ)器里面的Logo數(shù)據(jù)通過(guò)一定的時(shí)序讀出并緩存進(jìn)入FPGA內(nèi)存中，替代XGA的緩存區(qū)域，將透明度的值調(diào)整到最小，則完成開機(jī)顯示Logo。

2.3 操作系統(tǒng)及圖形驅(qū)動(dòng)軟件設(shè)計(jì)

圖形系統(tǒng)采用國(guó)產(chǎn)天脈操作系統(tǒng)作為上層圖形顯示軟件運(yùn)行平臺(tái)。基于天脈系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖形驅(qū)動(dòng)軟件，包括OpenGL ES接口驅(qū)動(dòng)、幀存驅(qū)動(dòng)、顯示控制器驅(qū)動(dòng)，滿足上層圖形顯示軟件設(shè)計(jì)的通用需求。

2.3.1 天脈操作系統(tǒng)移植

天脈操作系統(tǒng)是一款通用實(shí)時(shí)類操作系統(tǒng)，適用于實(shí)時(shí)性要求高的領(lǐng)域，能夠給上層應(yīng)用提供任務(wù)管理、中斷/異常管理、任務(wù)間通信、文件系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧等功能。圖形系統(tǒng)天脈操作系統(tǒng)移植以現(xiàn)有的參考板級(jí)支持包為基礎(chǔ)，根據(jù)圖形系統(tǒng)硬件資源，主要完成模塊支持層(Module Support Layer，MSL)和操作系統(tǒng)(Operating System，OS)的配置，以及外設(shè)驅(qū)動(dòng)開發(fā)。

依次創(chuàng)建MSL工程和OS工程(綁定MSL),配置主要包括MSL加載及運(yùn)行內(nèi)存空間配置、OS運(yùn)行內(nèi)存空間配置、SPI FLASH地址空間配置和內(nèi)存管理單元(Memory Management Unit，MMU)地址空間映射等，其余配置(如串口網(wǎng)口調(diào)試配置、操作系統(tǒng)初始任務(wù)、內(nèi)核參數(shù)配置等等)采用默認(rèn)配置即可。需要注意的是，MSL運(yùn)行內(nèi)存空間和OS運(yùn)行內(nèi)存空間必須為MMU已映射的空間，而MSL加載內(nèi)存空間必須為MMU映射之外的空間，且三個(gè)空間必須不重疊，否則會(huì)引起編譯或運(yùn)行錯(cuò)誤。

外設(shè)驅(qū)動(dòng)包括串口、網(wǎng)口、內(nèi)總線、SPI FLASH、SSD等。設(shè)備驅(qū)動(dòng)架構(gòu)依據(jù)參考板級(jí)支持包的模板，結(jié)合器件手冊(cè)完成具體的功能接口設(shè)計(jì)即可，這里不再一一詳述。

2.3.2 圖形驅(qū)動(dòng)軟件設(shè)計(jì)

圖形系統(tǒng)上層應(yīng)用軟件采用標(biāo)準(zhǔn)的OpenGL ES接口進(jìn)行繪圖，需要底層圖形驅(qū)動(dòng)軟件支持，從而不必關(guān)心硬件CPU、GPU、DDR3 SDRAM幀存以及顯示控制器之間的復(fù)雜交互邏輯，降低上層應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì)難度。

以龍芯2K1000內(nèi)置GPU Linux系統(tǒng)下的圖形驅(qū)動(dòng)源碼為基礎(chǔ)，將圖形驅(qū)動(dòng)代碼按功能進(jìn)行模塊劃分，主要包括GPU硬件驅(qū)動(dòng)層、嵌入式圖形接口(Embedded Graphic Interface，EGL)驅(qū)動(dòng)層、OpenGL ES接口驅(qū)動(dòng)層等，進(jìn)一步細(xì)分模塊為與操作系統(tǒng)相關(guān)部分和與操作系統(tǒng)無(wú)關(guān)部分。根據(jù)天脈系統(tǒng)與Linux系統(tǒng)的差異性，確定操作系統(tǒng)層面上需要開發(fā)的驅(qū)動(dòng)模塊，如顯示控制器驅(qū)動(dòng)、幀存驅(qū)動(dòng)等，這些是圖形顯示必備的驅(qū)動(dòng)。Linux系統(tǒng)生態(tài)比較完善，自帶有這些驅(qū)動(dòng)，而在天脈下則需要自行開發(fā)。圖形系統(tǒng)圖形驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)要模塊框圖如圖5所示。

圖5 圖形驅(qū)動(dòng)模塊圖

各驅(qū)動(dòng)子模塊的設(shè)計(jì)如下：

(1)GPU硬件驅(qū)動(dòng)

完成GPU的寄存器配置、中斷引腳配置、內(nèi)存資源配置、中斷處理、繪圖指令Event處理等，與應(yīng)用層的接口為gpu_init，應(yīng)用程序中調(diào)用該函數(shù)即可完成GPU硬件的初始化，GPU硬件驅(qū)動(dòng)模塊封裝形成LibGAL.a。

(2)EGL接口驅(qū)動(dòng)

提供應(yīng)用程序標(biāo)準(zhǔn)的EGL圖形繪制框架接口，與操作系統(tǒng)無(wú)關(guān)，無(wú)需進(jìn)行改動(dòng)。

(3)OpenGL ES接口驅(qū)動(dòng)

提供應(yīng)用程序標(biāo)準(zhǔn)的OpenGL ES圖形繪制接口，與操作系統(tǒng)無(wú)關(guān)，無(wú)需進(jìn)行改動(dòng)。EGL接口驅(qū)動(dòng)模塊與OpenGL ES接口驅(qū)動(dòng)模塊封裝形成LibGL.a。

(4)龍芯2K1000顯示接口驅(qū)動(dòng)

對(duì)龍芯2K1000的顯示接口進(jìn)行時(shí)序配置，使之輸出標(biāo)準(zhǔn)的視頻時(shí)序(圖形系統(tǒng)使用1 024 pixel×768 pixel@60 Hz)，并配置顯示接口使用的雙緩存幀存地址等。

(5)FrameBuffer幀存驅(qū)動(dòng)

注冊(cè)FrameBuffer驅(qū)動(dòng)，創(chuàng)建FrameBuffer設(shè)備，EGL通過(guò)FrameBuffer設(shè)備獲取當(dāng)前的顯示分辨率，并控制雙緩存幀存的切換等。龍芯2K1000顯示接口驅(qū)動(dòng)模塊與FrameBuffer驅(qū)動(dòng)模塊提供應(yīng)用程序接口合并成FrameBuffer_init，應(yīng)用程序中調(diào)用該函數(shù)即可完成顯示接口初始化和FrameBuffer設(shè)備的創(chuàng)建。

圖形系統(tǒng)上層應(yīng)用軟件調(diào)用圖形驅(qū)動(dòng)的主要過(guò)程如圖6所示。gpu_init完成后，在天脈操作系統(tǒng)下創(chuàng)建/dev/galcore設(shè)備，OpenGL ES接口通過(guò)ioctl訪問(wèn)/dev/galcore，生成繪圖指令發(fā)送給GPU，由GPU硬件完成繪圖。FrameBuffer_init創(chuàng)建/dev/fb設(shè)備，EGL swapbuffers通過(guò)/dev/fb來(lái)控制雙緩存的切換。

圖6 應(yīng)用程序調(diào)用驅(qū)動(dòng)示意圖

3 實(shí)驗(yàn)與應(yīng)用

3.1 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

設(shè)定CPU主頻為800 MHz，GPU主頻分別為230 MHz、400 MHz、533 MHz，DDR3 SDRAM時(shí)鐘頻率為800 MHz，顯示分辨率為1 024 pixel×768 pixel@60 Hz。圖形應(yīng)用采用SCADE工具開發(fā)，自動(dòng)生成基于OpenGL ES2.0的圖形代碼。測(cè)試畫面采用典型機(jī)載顯示器圖形畫面，如圖7所示。運(yùn)行天脈操作系統(tǒng)版本為V1.2.1。視頻疊加功能開啟，外部通信總線開啟3路RS422和2路HDLC，其中每路RS422通信周期為100 ms，每個(gè)周期收發(fā)數(shù)據(jù)為30 B，每路HDLC通信周期為50 ms，每個(gè)周期收發(fā)數(shù)據(jù)為60 B。實(shí)驗(yàn)室環(huán)境依次測(cè)試不同GPU主頻下圖形系統(tǒng)的幀率及功耗。

圖7 幀率測(cè)試畫面

3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

針對(duì)兩種測(cè)試畫面，在不同的GPU主頻下，圖形系統(tǒng)幀率及功耗測(cè)試結(jié)果如表1所示。

表1 測(cè)試結(jié)果

從測(cè)試結(jié)果可以看出，在開反走樣的情況下，測(cè)試畫面1中，GPU主頻提升能夠較大的提升圖形性能，測(cè)試畫面2中，GPU主頻達(dá)到400 MHz后，圖形性能則不再提升。圖形系統(tǒng)功耗隨性能的提升而增加，在關(guān)閉反走樣的情況下GPU主頻提升則對(duì)性能無(wú)影響，功耗也無(wú)變化。

圖形系統(tǒng)性能與CPU、GPU密切相關(guān)，當(dāng)GPU主頻提升后，若圖形性能隨之提升，則說(shuō)明當(dāng)前性能瓶頸受制于GPU，反之則受制于CPU。在不同的應(yīng)用中，需要根據(jù)實(shí)際顯示性能和功耗要求，設(shè)置合理的GPU主頻和反走樣處理方式，達(dá)到最優(yōu)設(shè)計(jì)。

3.3 應(yīng)用情況

龍芯2K1000芯片的設(shè)計(jì)功耗最大僅為5 W，在實(shí)驗(yàn)室常溫環(huán)境下裸芯片無(wú)任何散熱措施，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行機(jī)載典型畫面，工作無(wú)異常。在圖形系統(tǒng)運(yùn)用于機(jī)載顯示器整機(jī)時(shí)，龍芯2K1000采用傳導(dǎo)散熱方式，其與機(jī)載顯示器后蓋通過(guò)導(dǎo)熱硅膠相連，并依靠整機(jī)金屬外殼進(jìn)行散熱。圖形系統(tǒng)隨機(jī)載顯示器整機(jī)通過(guò)了高低溫環(huán)境試驗(yàn)，在試驗(yàn)溫度為-40℃～+65℃情況下，圖形系統(tǒng)啟動(dòng)、圖形顯示以及各功能接口均工作正常，能夠滿足整機(jī)應(yīng)用需求。

4 結(jié) 論

本文針對(duì)機(jī)載顯示器圖形生成系統(tǒng)領(lǐng)域的小尺寸、低功耗需求，提出了一種基于龍芯2K1000的全國(guó)產(chǎn)圖形生成與處理方案，并介紹了圖形系統(tǒng)的工作原理，給出了關(guān)鍵技術(shù)設(shè)計(jì)方法。與現(xiàn)有的CPU+GPU全國(guó)產(chǎn)技術(shù)方案相比，本方案集成度高、體積小，是一種更優(yōu)的小尺寸顯示器圖形系統(tǒng)全國(guó)產(chǎn)設(shè)計(jì)方法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，在顯示分辨率為1 024 pixel×768 pixel@60 Hz的典型測(cè)試畫面下，圖形系統(tǒng)幀率可以達(dá)到35 frame/s以上，功耗控制下10 W以下。目前圖形系統(tǒng)已在某型機(jī)載顯示器上開展實(shí)際應(yīng)用，應(yīng)用效果良好，各方面指標(biāo)均能夠滿足顯示器應(yīng)用需求。