基于国产GPU的机载座舱显示系统设计与实现
尚晓峰，卫建华，田 泽，夏 杰，吴志鹏
（1.西安工程大学电子信息学院，西安 710600；
2.集成电路与微系统设计航空科技重点实验室，西安 710068）
现代飞机航电系统日趋复杂，飞行员需要获取的信息随之增多。为了使飞行员能够准确而全面掌握飞机的各种参数[1]，对机载座舱显示系统的信息处理能力、数据传输速率、系统稳定性以及数据存储量等方面提出了更高的要求[2]。图形处理器GPU是机载座舱显示系统的核心器件[3]，对显示系统的数据处理能力、图形的渲染能力、视频编解码、数据通讯和视频输入输出等功能起着决定性作用[4]。高性能的图形处理器能够为飞行员在复杂多变的环境（电磁干扰、环境温度、机械冲击）下提供清晰流畅的机载画面[5-6]。本研究尝试仅使用国产化GPU芯片及国产操作系统来实现对机载座舱显示系统的设计。
2.1 系统设计架构
系统以'国产GPU+国产CPU+国产操作系统“的方案来实现。外部数据信息采用标准的总线协议传送给复旦微SoC可编程逻辑单元，然后通过可编程融合芯片内部的多个数据接口和互连控制信号将数据发送给CPU芯片的处理器系统，实现对数据逻辑判断和预处理。处理后的数据和命令通过PCI总线写入到HKM9000中，生成像素数据，通过一路的视频输出接口将像素数据传送给CPU的可编程逻辑单元，转换成双像素的RGB信号，经过编码芯片将RGB数据信号编码成LVDS格式传送给液晶显示屏完成视频显示。系统原理框图如图1所示。
图1 机载座舱显示系统结构框图
HKM9000是一款由西安翔腾微电子有限公司开发的图形处理芯片，采用全自主正向设计，能够实现3D图形处理器硬件加速功能；
CPU选用的型号为FMQL45T900，它是由上海复旦微电子有限公司开发的处理器芯片，内部集成了四核处理器系统（PS）和可编程逻辑（PL）。
在进行硬件电路设计时，采用数字式信息传输系统ARINC429来实现座舱显示系统与其他机载模块的数据传输。接收器采用由西安翔腾微电子公司生产的HKA32131-CSC芯片，将ARINC429总线上10V的差分典型信号输入到窗口比较器和锁存器，经过逻辑控制转化为TTL数字电平信号传输到复旦微SoC可编程逻辑单元，驱动器同样采用西安翔腾公司的HKA32132-CSC芯片将CPU输出的TTL数字电平转化为429总线信号。
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