【從零開始走進(jìn)FPGA】 玩轉(zhuǎn)VGA

　　Bingo例程以16bit RGB VGA驅(qū)動為例，不同位數(shù)的顯示只要改一下vga_data即可。

　　前文以及代碼講述了那么多，此處不再貼完整代碼，而是對代碼中部分結(jié)構(gòu)進(jìn)行解析。

　　代碼下載地址：http://blog.chinaaet.com/detail/21606.html

　　(1)vga_driver.v代碼分析

　　a) 參數(shù)例化列表

　　#(

　　// 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

　　)

　　這樣寫的目的是為了軟件封裝性，能夠在例化的時候修改法分辨率，同時電路結(jié)構(gòu)保持不變。

　　DISP，F(xiàn)RONT ，SYNC，BACK，TOTAL分別為顯示期，消隱前肩，消音期，消隱后肩，總時間，各自對應(yīng)各自的行場信號。

　　b) 行同步信號設(shè)計

　　//------------------------------------------

　　// 行同步信號發(fā)生器

　　reg [10:0] hcnt;

　　always @ (posedge clk_vga or negedge rst_n)

　　begin

　　if (!rst_n)

　　hcnt <= 0;

　　else

　　begin

　　if (hcnt < H_TOTAL-1'b1)

　　hcnt <= hcnt + 1'b1;

　　else

　　hcnt <= 0;

　　end

　　end

　　//------------------------------------------

　　always@(posedge clk_vga or negedge rst_n)

　　begin

　　if(!rst_n)

　　vga_hs <= 1;

　　else

　　begin

　　if( (hcnt >= H_DISP+H_FRONT-1'b1) && (hcnt < H_DISP+H_FRONT+H_SYNC-1'b1) )

　　vga_hs <= 0;

　　else

　　vga_hs <= 1;

　　end

　　end

　　如上所示，分析代碼可以知道，行同步信號的計數(shù)狀態(tài)機(jī)按照時序的劃分，是以下過程：H_DISP，H_FRONT，H_SYNC，H_BACK，這似乎和上述分析的VGA時序不是完全吻合。但是VGA時序是一個循環(huán)，順推H_BACK個時終域便可以得到以上時期劃分，但是這樣更方便后續(xù)坐標(biāo)計數(shù)，因?yàn)锽ingo此處這樣設(shè)計，當(dāng)然實(shí)際證明是完全可行的。

　　注意：(hcnt >= H_DISP+H_FRONT-1'b1) && (hcnt < H_DISP+H_FRONT+H_SYNC-1'b1) 只是因?yàn)楹罄m(xù)坐標(biāo)計算，就把時序提前了1個時鐘已達(dá)到同步。

　　c) 場同步信號設(shè)計

　　同上。

　　d) 數(shù)據(jù)顯示坐標(biāo)以及輸出設(shè)計

　　//------------------------------------------

　　assign vga_xpos = (hcnt < H_DISP) ? hcnt[9:0]+1'b1 : 10'd0;

　　assign vga_ypos = (vcnt < V_DISP) ? vcnt[9:0]+1'b1 : 10'd0;

　　assign vga_rgb = ((hcnt < H_DISP) && (vcnt < V_DISP)) ? vga_data : 16'd0;

　　這部分很容易理解，在顯示期坐標(biāo)根據(jù)顯示的掃描而改變，在非顯示期，坐標(biāo)置零。

　　(2)Vga_display.v代碼分析

　　a) 標(biāo)準(zhǔn)色彩定義

　　//define colors RGB--5|6|5

　　localparam RED = 16'hF800;

　　localparam GREEN = 16'h07E0;

　　localparam BLUE = 16'h001F;

　　localparam WHITE = 16'hFFFF;

　　localparam BLACK = 16'h0000;

　　localparam YELLOW = 16'hFFE0;

　　localparam CYAN = 16'hF81F;

　　localparam ROYAL = 16'h07FF;

　　定義當(dāng)?shù)氐膮?shù)，目的是為了后續(xù)標(biāo)準(zhǔn)色彩調(diào)用的方便，沒有其他作用。

　　b) 根據(jù)固定區(qū)域輸出數(shù)據(jù)

　　always@(posedge clk or negedge rst_n)

　　begin

　　if(!rst_n)

　　vga_data <= 16'h0;

　　else

　　begin

　　if (vga_xpos >= 0 && vga_xpos < (H_DISP/3))

　　vga_data <= RED;

　　else if(vga_xpos >= (H_DISP>>3)*1 && vga_xpos < (H_DISP/3)*2)

　　vga_data <= GREEN;

　　else

　　vga_data <= BLUE;

　　end

　　end

　　如上代碼，根據(jù)xpos坐標(biāo)，來輸出固定色彩。由于vga_driver模塊已經(jīng)完全設(shè)計好接口，因此vga_display.v模塊就是簡單的根據(jù)區(qū)域，輸出設(shè)計的顏色。

　　(3) Vga_ctrl.v代碼分析

　　a) 同步化解析

　　略。

　　b) 可控鎖相環(huán)PLL設(shè)計

　　本來可空鎖相環(huán)PLL設(shè)計，Bingo想單獨(dú)成章來講述的，但覺得可能別的地方實(shí)際應(yīng)用價值不是很大，最后便在此處闡明這樣設(shè)計的原因。

　　由于VGA不同分辨率的掃描時鐘不同，因此分辨率變化的時候，PLL的輸出時鐘是必要跟隨著變化。但是Bingo覺得好麻煩，于是想了偷懶的一招：PLL IP定義，無非是用Quartus II GUI對PLL參數(shù)的設(shè)定，最后生成pll.v這個文件。而這個文件相當(dāng)于是鎖相環(huán)的驅(qū)動電路，故勢必包含著參數(shù)的定義。實(shí)際如下：

　　altpll_component.clk0_divide_by = 1,

　　altpll_component.clk0_duty_cycle = 50,

　　altpll_component.clk0_multiply_by = 1,

　　如上圖所示，每次修改參數(shù)，這三個變量會相應(yīng)的發(fā)生變化。因此，何不把這三個參數(shù)作為例化的參數(shù)，可以再頂層直接修改代碼來實(shí)現(xiàn)固定頻率的輸出?這樣豈不是很方便?

　　因此設(shè)計參數(shù)例化接口如下：

　　#(

　　parameter DUTY_CYCLE = 50,

　　parameter DIVIDE_DATA = 1,

　　parameter MULTIPLY_DATA = 1

　　)

　　理論上是完全行得通的，這樣設(shè)計的另一個好處就是電路的封裝性更好Bingo實(shí)踐證明，完全可行，因此在此處說明，要學(xué)會正確的偷懶呵呵。

　　(4)Vga_design.v頂層文件代碼解析

　　a) Vga接口定義

　　//vga interface

　　output vga_adv_clk,

　　output vga_blank_n,

　　output vga_sync_n,

　　output vga_hs,

　　output vga_vs,

　　output [15:0] vga_rgb

　　如上所示，上面三個信號線是在使用adv712x視頻轉(zhuǎn)換芯片的時候才會出現(xiàn)，一般的電阻模擬電路，或者直接RGB3線驅(qū)動，可以直接刪除相關(guān)信號以及電路。

　　b) 進(jìn)一步偷懶法則

　　根據(jù)常用的幾種分辨率，Bingo進(jìn)行了總結(jié)，以下三種應(yīng)用較多，因此進(jìn)一步偷懶法則，圍繞他們?nèi)邅?不在這三種以內(nèi)的話，自己模仿著再寫一個)：

　　VGA_640_480_60FPS_25MHz

　　VGA_800_600_72FPS_50MHz

　　VGA_1024_768_60FPS_65MHz

　　Verilog語法也有define的用法，是否還記得C語言中，大工程的調(diào)試經(jīng)常對相關(guān)變量的注釋，注銷來調(diào)整整個工程變量的應(yīng)用，因此此處Bingo套用這種思維模式，定義以上三種模式的變量，通過修改注釋define便可以輕松修改全局。具體如下所示：

　　//----------------------------------------

　　//vga parameter define

　　//`define VGA_640_480_60FPS_25MHz

　　//`define VGA_800_600_72FPS_50MHz

　　`define VGA_1024_768_60FPS_65MHz

　　`ifdef VGA_640_480_60FPS_25MHz

　　parameter DUTY_CYCLE = 50;

　　parameter DIVIDE_DATA = 2;

　　parameter MULTIPLY_DATA = 1;

　　parameter H_DISP = 11'd640;

　　parameter H_FRONT = 11'd16;

　　parameter H_SYNC = 11'd96;

　　parameter H_BACK = 11'd48;

　　parameter H_TOTAL = 11'd800;

　　parameter V_DISP = 10'd480;

　　parameter V_FRONT = 10'd10;

　　parameter V_SYNC = 10'd2;

　　parameter V_BACK = 10'd33;

　　parameter V_TOTAL = 10'd525;

　　`endif

　　`ifdef VGA_800_600_72FPS_50MHz

　　parameter DUTY_CYCLE = 50;

　　parameter DIVIDE_DATA = 1;

　　parameter MULTIPLY_DATA = 1;

　　parameter H_DISP = 11'd800;

　　parameter H_FRONT = 11'd56;

　　parameter H_SYNC = 11'd120;

　　parameter H_BACK = 11'd64;

　　parameter H_TOTAL = 11'd1040;

　　parameter V_DISP = 10'd600;

　　parameter V_FRONT = 10'd37;

　　parameter V_SYNC = 10'd6;

　　parameter V_BACK = 10'd23;

　　parameter V_TOTAL = 10'd666;

　　`endif

　　`ifdef VGA_1024_768_60FPS_65MHz

　　parameter DUTY_CYCLE = 50;

　　parameter DIVIDE_DATA = 10;

　　parameter MULTIPLY_DATA = 13;

　　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;

　　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;

　　`endif

　　四、Display方案以及效果

　　1、彩條

　　(1)代碼

　　always@(posedge clk or negedge rst_n)

　　begin

　　if(!rst_n)

　　vga_data <= 16'h0;

　　else

　　begin

　　if (vga_xpos >= 0 && vga_xpos < (H_DISP>>3))

　　vga_data <= RED;

　　else if(vga_xpos >= (H_DISP>>3)*1 && vga_xpos < (H_DISP>>3)*2)

　　vga_data <= GREEN;

　　else if(vga_xpos >= (H_DISP>>3)*2 && vga_xpos < (H_DISP>>3)*3)

　　vga_data <= BLUE;

　　else if(vga_xpos >= (H_DISP>>3)*3 && vga_xpos < (H_DISP>>3)*4)

　　vga_data <= WHITE;

　　else if(vga_xpos >= (H_DISP>>3)*4 && vga_xpos < (H_DISP>>3)*5)

　　vga_data <= BLACK;

　　else if(vga_xpos >= (H_DISP>>3)*5 && vga_xpos < (H_DISP>>3)*6)

　　vga_data <= YELLOW;

　　else if(vga_xpos >= (H_DISP>>3)*6 && vga_xpos < (H_DISP>>3)*7)

　　vga_data <= CYAN;

　　else// if(vga_xpos >= (H_DISP<<3)*7 && vga_xpos < (H_DISP<<3)*8)

　　vga_data <= ROYAL;

　　end

　　end

　　通過簡單的對X坐標(biāo)地址的分割，來得到彩條。這是應(yīng)該是VGA初學(xué)者一開始最興奮的幾個界面吧。

　　(2)效果圖

　　2、花型矩陣

　　(1)代碼

　　wire [19:0] vga_result = vga_xpos * vga_ypos;

　　always@(posedge clk or negedge rst_n)

　　begin

　　if(!rst_n)

　　vga_data <= 16'h0;

　　else

　　vga_data = vga_result[15:0];

　　end

　　通過x坐標(biāo)地址和y坐標(biāo)地址的乘積的值，取低16位，得到的數(shù)據(jù)有一定的規(guī)律。Bingo當(dāng)年也是不小心發(fā)現(xiàn)的，僅此獻(xiàn)給初學(xué)的孩子們，這個比彩條更帥氣。

　　(2)效果圖