基于FPGA的VGA控制器实现

作者：时间：2011-03-28来源：网络收藏

摘要：依据标准的VGA显示接口的显示原理，介绍了一种利用可编程逻辑器件FPGA，并以VerilogHDL语言为逻辑描述工具来完成VGA接口的控制，从而实现简单的彩色条纹显示的具体方法。
关键宇：VGA；FPGA；VerilogHDL；彩色条纹显示

0 引言
VGA作为一种标准的显示接口，现已得到了广泛的应用。传统的VGA显示控制主要以专门的芯片电路和通用处理器来实现，体积大且不灵活。随着EDA技术的发展，可编程逻辑器件有了长足的发展。FPGA是现场可编程逻辑阵列器件，简化的FPGA基本由可编程输入输出单元、基本可编程逻辑单元、嵌入式RAM模块、丰富的布线资源、底层嵌入式功能单元和内嵌专用硬核等6部分组成。基于FPGA的产品设计具有开发过程简单，投资小，可反复修改，周期短，易于产品升级等优点，故其应用越来越广泛。本文介绍了一种用FPGA实现VGA显示的控制器，从而实现简易彩色条纹显示，并在此基础上通过外加存储器模块来完成图像的实时处理与显示的实现方法，该方法也可方便地应用于各种嵌入式便携系统中。

1 VGA的显示原理
VGA是IBM在1987年随PS／2机一起推出的一种视频传输标准。这个标准具有分辨率高、显示速度快、颜色丰富等优点。根据分辨率不同，VGA又可分为VGA(640x480)、SVGA(800x600)、XGA(1024x768)等。VGA显示采用逐行扫描方式。扫描是从屏幕的左上方开始，从左到右，从上到下。每扫完一行，电子束回到左边下一行的开始位置，期间对电子束进行行消隐。并在每行结束时，用行同步信号对行进行同步，扫描完所有行后，再用场同步信号对场进行同步，并使电子束回到屏幕的左上方，同时对场进行消隐，并预备下一次扫描。该方法的关键是对时序的控制。
1．1 VGA时序
确定VGA显示接口时序主要应考虑行同步信号(HSYNC)、场同步信号(VSYNC)、蓝基色(B)、红基色(R)、绿基色(G)这5个信号，如果能从FPGA中按其时的需要求准确发送这些信号到VGA接口，就可以实现对VGA的控制。VGA的信号时序如图1所示，它分为行数据时序和场数据时序两部分。
所谓行时序，就是显示一行数据的时序。从图1(a)可以看出，显示一行数据需要的时序分四部分。产生行同步脉冲信号HSYNC的周期e=a+ b+c+d。其中a为同步信号时间。b为行消隐后肩时间，c为数据有效时间，d为行消隐前肩。从图(b)可以看出，场同步时序与行同步时序类似，也是显示一屏数据的时序，这里以行为单位。场同步脉冲信号VSYNC的周期L=h+i+j+k，其中h为同步信号时间，i为场消隐后肩时间，j为数据有效时间，k为场消隐前肩时间。