FPGA-Ansteuerung Flexible Display- und Grafik-Controller

Anwendungsspezifische Standardprodukte und ICs für Grafik- und Display- Controller orientieren sich an Massenmärkten oder werden speziell für große OEMs entwickelt. Oft leidet darunter die langfristige Verfügbarkeit und die Stabilität der Lieferzeiten. FPGA-basierte Systeme können Abhilfe schaffen.

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Durch längere Entwicklungszyklen steigt das Risiko, dass benötigte Display-Komponenten nicht mehr verfügbar sind. Fallen einzelne Komponenten weg, wenn ein Produkt erfolgreich am Markt platziert ist, zwingt dies zu aufwändigen Re-Designs. Zusatzkosten und Lieferverzögerungen sind die Folge. Einen Lösungsansatz für langfristige Verfügbarkeit, flexible Systemplattformen und Kosteneffizienz bietet programmierbare Logik. Moderne Low-Cost-FPGAs eignen sich besonders als Grafik- und Display-Controller in industriellen Anwendungen.

Sasco Holz hat ein Projekt mit dem Arbeitstitel PiCasso ins Leben gerufen, dessen Ziel die Entwicklung einer industrietauglichen Hardwareplattform (Pablo) ist, um die Evaluierung von FPGAs im Umfeld von Display-Controller-Anwendungen zu ermöglichen. Eine Bibliothek von IP-Cores und Referenzdesigns sowie Design-Beispiele dienen dem Entwickler als Basis für eigene Projekte.

„Pablo ist eine hochflexible Lösung. Sie ist die ideale Referenz und Einstiegshilfe für Entwickler mit wenig Erfahrung beim Design von industriellen Display-Controllern“, sagt Klaus Maier, Marketing Director Field Marketing bei Sasco Holz. „Mit Pablo lässt sich die Ansteuerung auf unterschiedliche Anforderungen auslegen und an die eigenen Bedürfnisse anpassen. Durch den Einsatz von Altera-FPGAs und IP-Cores zur Ansteuerung von Displays erhält der Kunde eine Lösung, die nicht von den aktuell angebotenen ASSPs abhängt, die im Moment leider immer wieder abgekündigt werden“, sagt Maier weiter.

Die in Zusammenarbeit mit RevisionOne realisierte Pablo-Hardwareplattform dient als Ausgangspunkt für die Integration von FPGAs als Display- und Grafik-Controller. Durch die Skalierbarkeit des FPGA-basierten Lösungsansatzes ermöglicht Pablo ein breites Anwendungsspektrum von einfachen Timinganpassungen für verschiedene Displays, über Display-Controller bis hin zu komplexen Video- und Bildverarbeitungssystemen.

Zentrale Elemente des Basisboards sind ein FPGA aus der Cyclone-II-Familie, der EP2C20F484C6N und zwei Mobile-DDR-333 Speicher als Frame Buffer. Die Mobile-DDR-RAM-Technologie erlaubt die Balance zwischen hoher Speicherbandbreite, reduzierter Leistungsaufnahme und einfacher Anbindung.

Plattform auf Basis der Cyclone-II-FPGAs

Mit der Kombination aus externem Speicher (Frame Buffer), eingebetteten Speicherblöcken (Line Buffer) sowie den Logik-Elementen des EP2C20 sind flexible Display- und Grafik-Controller-Systeme realisierbar. Zudem erlauben die konfigurierbaren I/O-Pins der Cyclone-II-Familie eine große Anzahl von Interface-Standards. Auch LVDS-Displays werden direkt unterstützt. Kontroll- und Kommunikationsinterfaces wie UART, I2C und SPI sind 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.

Flexible Erweiterung des Pablo-Konzepts

Das Pablo-Basisboard bietet 2 Steckplätze, die im Santa-Cruz-Format von Altera ausgeführt sind. Dadurch ist die Plattform um Zusatzfunktionen erweiterbar. Die Composite-Video-Input-Karte (P-ADD-CVID) ermöglicht die Einspeisung analoger Video- und Bildsignale von DVD-Playern, 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-basierten Systeme. Das OLED-Display-Add-On-Modul (P-ADD-OLED) stellt das Interface und die Spannungsversorgung zur Ansteuerung aller Pictiva-OLEDs von Osram mit 18- und 30-Pin-ZIF zur Verfügung.

Ein Ziel des Pablo-Konzepts ist es, Displays verschiedener Hersteller 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 Anschlüsse 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 unterschiedlicher Auflösungen und Größen mit LVDS- oder 18-Bit-RGB-Interface zu unterstützen.

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