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【从零开始走进FPGA】 玩转VGA

作者:时间:2015-06-11来源:网络收藏

  一、的诱惑

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/275552.htm

  首先,的驱动,这事,一般的单片机是办不到的;由于的速度,以及并行的优势,加上可现场配置的优势,的配置,只有俺们可以胜任,也只有可以随心所欲地配置(当然ARM也可以,应用比较高吧)。

  初学者就是喜欢看炫的效果,往往会忍不住想玩。尤其玩FPGA的,没玩VGA就感到跟单片机没啥提升,因此VGA的驱动也不得不讲。Bingo当年也是如此。挡不住VGA的诱惑,初学者问Bingo VGA问题的人也是灰常的多,也许一般教科书理论太强,实际应用不是很身后,在此Bingo用浅显易懂的语言来讲述VGA的驱动原理,以及通过设计一个可移植模块的应用来讲述。

  二、VGA驱动原理

  此处Bingo不参考任何资料,用当年已学的知识,用浅显易懂的语言讲述。

  1、VGA接口

  

wps_clip_image-18353

 

  最主要的几根线:

  

image

 

  更详细的资料,请看 http://baike.baidu.com/view/10346.htm

  2、VGA时序

  VGA其实就是相当于一块芯片,跟单片机驱动IC一样,满足一定的时序,便能驱动起来。

  (1)扫描轨迹

  VGA的扫描其实很简单,大致轨迹如下所示:

  

wps_clip_image-8553

 

  没扫描完一行,从新开始下一行;每扫完一场,重新开始下一场。相信你应该看的懂。

  (2)行场扫描

  以下是行扫描,场扫描HS,VS时序图

  

wps_clip_image-27336

 

  如上如所示:VGA一直在扫描,没一场的扫描包括了若干行扫描,如此循环。

  (3)VS时序深入分析

  VS时序如下所示:

  

wps_clip_image-20360

 

  可见时序的循环,可被划分为a,b,c,d4个时期。这四个时期定义如下:

  A~B:场消隐期 即同步,相当于还原扫描坐标吧

  B~C:场消隐后肩 相当于准备开始扫描吧

  C~D:场显示期 扫描中,数据有效区域

  D~E:场消隐前肩 完成扫描,相当于准备同步

  (4)HS时序深入分析

  可见时序的循环,可被划分为a,b,c,d4个时期。这四个时期定义如下:

  A~B:行消隐期 即同步,相当于还原扫描坐标吧

  B~C:行消隐后肩 相当于准备开始扫描吧

  C~D:行显示期 扫描中,数据有效区域

  D~E:行消隐前肩 完成扫描,相当于准备同步

  

wps_clip_image-20832

 

  综上描述,我们只要知道每个时期的时间,便可以表示出VGA的时序。而FPGA的工作是由固定频率的时钟触发的,因此某固定时间可以用n次触发来表示。因此我们很容易就想到了FPGA常用的计数方法:比如说行扫描,我们计数0~H_total-1。用另一个进程将其划分为4个时期,安标注分配。其实这相当于状态机。

  以下是固定分辨率1024*768 60fps下HS,VS的标准:

  

wps_clip_image-9084

 

  用代码表示4个时期,如下:

  // VGA_1024_768_60fps_65MHz

  // Horizontal Parameter( Pixel )

  parameter H_DISP = 11'd1024,

  parameter H_FRONT = 11'd24,

  parameter H_SYNC = 11'd136,

  parameter H_BACK = 11'd160,

  parameter H_TOTAL = 11'd1344,

  // Virtical Parameter( Line )

  parameter V_DISP = 10'd768,

  parameter V_FRONT = 10'd3,

  parameter V_SYNC = 10'd6,

  parameter V_BACK = 10'd29,

  parameter V_TOTAL = 10'd806

  3、VGA电路

  (1)三原色

  VGA接口:R,G,B三通道,直接赋给数字信号,RGB,最多产生8种色彩。这是最基本的。电路如下所示:

  

wps_clip_image-11884

 

  (2)真彩显示

  a) 电阻网络

  考虑到成本意识实现的简易方案,用R-2R电阻网络分流模拟DAC替换ADV7123视频转换芯片。见以下几个方案:

  

wps_clip_image-12612

 

  DE1 VGA模拟电路

  

wps_clip_image-1911

 

  小马哥电路图

  具体设计参考Bingo当年总结:

  http://www.cnblogs.com/crazybingo/archive/2010/07/31/1789323.html

  或者参考小马哥设计:

  http://www.ourdev.cn/bbs/bbs_content.jsp?bbs_sn=3582675&bbs_page_no=1&search_mode=2&search_text=VGA&bbs_id=9999

  b) 专用视频转换芯片

  利用专用视频转换芯片,ADV7120等,将数字信号转换为VGA RGB的模拟信号。ADV7120为高速D/A芯片,将数字信号转换为模拟信号输给VGA,电路如下:

  

wps_clip_image-19353

 

  三、可移植VGA模块设计

  Bingo玩VGA也算是比较早了,当年也是视觉的诱惑,以及唯FPGA独尊的优势。于是之后一发而不可收拾。本章Bingo将自己这些年最终优化的VGA驱动模块,发布至此。本模块所有代码均Bingo独家创造,请尊重版权哈。

  本设计已经封装成模块,只要修改时序参数、扫描时钟参数以及在vga_display.v中添加显示电路,即可。方便移植,希望对大家有用。

  1、模块划分

  

wps_clip_image-16944

 

  (1)vga_design.v

  工程顶层文件,例化各个模块。

  (2)sys_ctrl.v

  PLL时钟分配电路。

  (3)vga_display.v

  显示电路,根据时序,用于描述VGA的显示电路。

  (4)vga_driver.v

  VGA驱动电路,对时序,状态的约束。

  RTL图如下所示:

  

wps_clip_image-19643

 

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关键词: VGA FPGA

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