基于FPGA的VGA控制器實(shí)現(xiàn)

摘要：依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的VGA顯示接口的顯示原理，介紹了一種利用可編程邏輯器件FPGA，并以VerilogHDL語言為邏輯描述工具來完成VGA接口的控制，從而實(shí)現(xiàn)簡單的彩色條紋顯示的具體方法。
關(guān)鍵宇：VGA；FPGA；VerilogHDL；彩色條紋顯示

0 引言
VGA作為一種標(biāo)準(zhǔn)的顯示接口，現(xiàn)已得到了廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)的VGA顯示控制主要以專門的芯片電路和通用處理器來實(shí)現(xiàn)，體積大且不靈活。隨著EDA技術(shù)的發(fā)展，可編程邏輯器件有了長足的發(fā)展。FPGA是現(xiàn)場可編程邏輯陣列器件，簡化的FPGA基本由可編程輸入輸出單元、基本可編程邏輯單元、嵌入式RAM模塊、豐富的布線資源、底層嵌入式功能單元和內(nèi)嵌專用硬核等6部分組成。基于FPGA的產(chǎn)品設(shè)計(jì)具有開發(fā)過程簡單，投資小，可反復(fù)修改，周期短，易于產(chǎn)品升級(jí)等優(yōu)點(diǎn)，故其應(yīng)用越來越廣泛。本文介紹了一種用FPGA實(shí)現(xiàn)VGA顯示的控制器，從而實(shí)現(xiàn)簡易彩色條紋顯示，并在此基礎(chǔ)上通過外加存儲(chǔ)器模塊來完成圖像的實(shí)時(shí)處理與顯示的實(shí)現(xiàn)方法，該方法也可方便地應(yīng)用于各種嵌入式便攜系統(tǒng)中。

1 VGA的顯示原理
VGA是IBM在1987年隨PS／2機(jī)一起推出的一種視頻傳輸標(biāo)準(zhǔn)。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)具有分辨率高、顯示速度快、顏色豐富等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)分辨率不同，VGA又可分為VGA(640x480)、SVGA(800x600)、XGA(1024x768)等。VGA顯示采用逐行掃描方式。掃描是從屏幕的左上方開始，從左到右，從上到下。每掃完一行，電子束回到左邊下一行的開始位置，期間對(duì)電子束進(jìn)行行消隱。并在每行結(jié)束時(shí)，用行同步信號(hào)對(duì)行進(jìn)行同步，掃描完所有行后，再用場同步信號(hào)對(duì)場進(jìn)行同步，并使電子束回到屏幕的左上方，同時(shí)對(duì)場進(jìn)行消隱，并預(yù)備下一次掃描。該方法的關(guān)鍵是對(duì)時(shí)序的控制。
1．1 VGA時(shí)序
確定VGA顯示接口時(shí)序主要應(yīng)考慮行同步信號(hào)(HSYNC)、場同步信號(hào)(VSYNC)、藍(lán)基色(B)、紅基色(R)、綠基色(G)這5個(gè)信號(hào)，如果能從FPGA中按其時(shí)的需要求準(zhǔn)確發(fā)送這些信號(hào)到VGA接口，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)VGA的控制。VGA的信號(hào)時(shí)序如圖1所示，它分為行數(shù)據(jù)時(shí)序和場數(shù)據(jù)時(shí)序兩部分。
所謂行時(shí)序，就是顯示一行數(shù)據(jù)的時(shí)序。從圖1(a)可以看出，顯示一行數(shù)據(jù)需要的時(shí)序分四部分。產(chǎn)生行同步脈沖信號(hào)HSYNC的周期e=a+ b+c+d。其中a為同步信號(hào)時(shí)間。b為行消隱后肩時(shí)間，c為數(shù)據(jù)有效時(shí)間，d為行消隱前肩。從圖(b)可以看出，場同步時(shí)序與行同步時(shí)序類似，也是顯示一屏數(shù)據(jù)的時(shí)序，這里以行為單位。場同步脈沖信號(hào)VSYNC的周期L=h+i+j+k，其中h為同步信號(hào)時(shí)間，i為場消隱后肩時(shí)間，j為數(shù)據(jù)有效時(shí)間，k為場消隱前肩時(shí)間。

不同的分辨率下，行同步和場同步信號(hào)的周期是不同的，時(shí)序上的時(shí)間也不一樣。表1列出了VGA的常用分辨率參數(shù)。