nbhkdz.com冰点文库

基于FPGA的VGA图像控制器的设计与实现

时间:2011-10-07


第 26 卷 第 2 期 2009 年  4 月

贵州大学学报 (自然科学版 ) Journal of Guizhou University (Natural Sciences)

Vol 26 No. 2 . Ap r 2009 .

文章编号  1000 - 5269 ( 2009 ) 02 - 0109 - 03

基于 FPGA 的 VGA 图像控制器的设计与实现
朱文伟 ,许忠仁
(辽宁石油化工大学 信息工程学院 ,辽宁 抚顺 113001)

3

摘   : VGA (视频图形阵列 )作为一种标准的显示接口得到广泛应用 。依据 VGA 显示原理 , 利 要 用 Verilog HDL 作为逻辑描述手段 ,设计了一种基于现场可编程器件 FPGA 的 VGA 接口控制器 。 与传统设计相比 ,增加了光标处理器 ,便于与嵌入式系统扩展 。在使用 FPGA 的嵌入式系统中能 代替 VGA 的专用显示芯片 ,节约硬件成本 ,节省计算机处理过程 ,加快数据处理速度 。 关键词 : VGA; 显示接口 ; FPGA; 接口控制器 . ; 嵌入式系统 中图分类号 : TP391. 8    文献标识码 : A    随着电子工艺的不断进步 ,低成本的 FPGA 器 件推陈出新 ,促使 FPGA 成为当今硬件设计的首选 之一 。 FPGA 已大量应用于采集和控制领域 , 其中 对 VGA 信号的采集更有着大量的应用 。虽然专用 的 VGA 芯片具有更稳定的时序 , 更多的显示模式 可供 选 择 等 优 点 , 但 基 于 FPGA 设 计 和 使 用 的 VGA 接口更具有以下优势 : ( 1 ) 使用芯片更少 , 节 省板上资源 , 减小布线难度 ; ( 2 ) 当进行高速数据 传输时 ,具有更小的高频噪声干扰 ; ( 3 ) 系统成本 下降 ,产品更有价格优势 。而且在现代 EDA 强大 功能的支持下 ,电子设计实现容易 、 仿真方便 、 周期 日益缩短 。
图 1  VGA 行扫描 、 场扫描的时序图

1  VGA 显示原理
VGA (V ideo Graphic A rray)作为一种标准的显

2  FPGA 系统实现
VGA 显示器的代码构架如图 2 所示 , 所设计

示接口得到了广泛的应用 。在 VGA 接口协议框架 中 ,根据不同的分辨率和刷新频率 , 又分为不同的 显示模 VGA ( 640 × ) 、 480 XGA ( 800 × ) 和 SV 2 600 GA ( 1024 × ) 。 768 常见的彩色显示器一般由 CRT (阴极射线管 ) 构成 , 彩 色 是 由 R、 、 (红 : Red、 : Green、 : G B 绿 蓝 B1ue )三色组成 。显示是采用逐行扫描的方式 ,阴 极射线枪发出的电子束打在涂有荧光粉的荧光屏
3 收稿日期 : 2009 - 03 - 03

的 VGA /LCD 实现了对 CRT、 LCD 的支持 , 可用于 嵌入式系统的开发 。

图 2  VGA 显示控制器代码框架

上 ,产生 RGB 三基色 ,最后合成一个彩色图像 。在 VGA 接口协议中 , 不同的显示模式因为有不同的 分辨率或不同的刷新频率 , 所以其时序也不相同 。 对于每种显示模式的时序 , VGA 都有严格的工业 标准 。图 1 为 VGA 行扫描 、 场扫描的时序图 。

VGA 显示控制器的代码框架包括以下几个主

要部分 : 颜色查找表 : 颜色查找表保存了 256 色分辨率
R、 、 所有可能的颜色 。它是一块 256X24 位的 GB

静态 RAM 区 ,每个像素由 R、 、 每种颜色 8 位数 GB

作者简介 : 朱文伟 ( 1984 - ) ,男 ,在读硕士研究生 ; 研究方向 : 过程计算机控制与智能控制 .

? 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.

http://www.cnki.net

?110?

贵州大学学报 (自然科学版 )

第 26 卷

据组成 , 代码包括两块这样的颜色查找表 , 一共 512X24 位 。寄存器 : 包括整个代码所需要的各种 控制 、 状态寄存器 。颜色处理器 : 用于将接收到的 像素数据转换成 RGB 的颜色信息 。光标处理器 : 用于将保存的光标信息转换成可见的光标 。输出
F IFO: 用于保 证连 续的数 据流 输出 到 VGA 或者 LCD 显示器上 。视频定时器 : 用于产生显示需要

的各种同步信号 。下面将讨论颜色处理器 、 光标处 理器和视频定时器的模块架构 。 2. 1   颜色处理器 颜色处理器负责每个像素的颜色的产生 。此 功能由颜色处理器与输出 F IFO 共同完成 。颜色 处理器的内部结构如图 3 所示 。

图 3  颜色处理器的内部结构

颜色处理器包括地址产生器 、 数据缓冲和色 彩化模块几部分组成 : 地址产生器 : 在产生视频存储器地址的同时 , 地址存储器操作存储器块的切换并记载要读取的 像素数目 。当所有的像素读取完成之后 ,切换存储 器的块位置 。 数据缓存 : 暂时保存从视频存储器中读取的数 据 ,对数据的访问可以按照连续地址进行 。所有的 数据按照连续的地址保存 。 8 位模式下 , 一个 32 位的字保存 4 个像素的数据 ; 16 位模式下 ,一个 32 位的字保存 2 个像素 ; 24 位模式下 ; 1 个 32 位的字 保存 4 /3 个像素 ; 32 位模式下 ,一个 32 位字保存

图 5  行同步时序图

3  VGA 显示接口的验证方法
在正式调试或使用接口前 , 对设计进行基本 测、 论证是有必要的 , 通常方法是尽可能脱离其它

? 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.

一个像素 。色彩化模块 : 将保存在数据缓存区的数 据转换成颜色数据 ,并输出 。 2. 2   光标处理器 VGA /LCD 同时提供了硬件光标 , 可以为 GU I (用户图形界面 , Graphic U ser Interface ) 提供一个 箭头一样的光标 。光标的形成由光标处理器 ( Cur2 soe Processor)完成 。代码为每个光标模式提供了
16kbit的空间 , 光标的分辨率可以选择 , 包括两种

模式 : 模式一为 32x32 像素模式 , 每个像素数据保 存在 16 位的字节中 。模式二为 64x64 像素模式 , 每个像素数据保存在 4 位字节中 。光标处理器的 代码结构如图 4 所示 。

图 4  光标处理器的代码结构

当拷贝光标到光标数据缓冲区时 ,地址产生器 进行写操作需要的存储地址 。光标数据缓冲器提 供一块 512x32 位的 SRAM , 用来保存光标的数据 。 光标处理器负责跟踪光标的位置 ,决定光标模板是 否需要更新 、 光标是否需要显示等 。
2. 3   视频定时产生器

视频定时产生器产生正确显示图像所必须的 同步信号 —— — 水平同步信号 、 垂直同步信号 。图 5 是经 Quartus II软件综合后 ,在 Modelsim 中后仿真 的行同步时序图 ,由时序图可知设计完全满足实际 要求 。

不确定因素 ,只对关心的部分电路进行测试 。如果 在 FPGA 里构造的数据能够按要求在显示器上显 示 ,则表示基本可以使用了 。例如把计数器输出作
http://www.cnki.net

第 2期

朱文伟 等 : 基于 FPGA 的 VGA 图像控制器的设计与实现

?111?

为实验板上外围 D /A 电路的红绿蓝数字信号输 入 ,以 clk 作为计数脉冲 , 并引入上述的时序信号 , 正常情况下显示器显示结果是水平方向是反复由 亮到暗 ,或是由暗到亮显示 。还可以利用 FPGA 里 的 LPM _ROM 预存显示数据输出作为显示数据 。 仍以 clk作为计数脉冲 , 计数器作为地址发生器 , 输出到 LPM _ROM ,作为地址 。其性能取决于 Ver2 ilog HDL 代码的编写和 Quartus II软件工具的综合 优化的结果 。

HDL 代码的编写和 Quartus II软件工具的综合优

化的结果 。光标处理器的设计便于进行系统的扩 展 ,为在嵌入式系统中应用提供了一个良好的用户 界面标志 。 参考文献 :
[ 1 ] 王金明 . 数字系统设计与 Verilog HDL [M ]. 北京 : 电子工业出

版社 , 2005.
[ 2 ] 刘韬 ,楼兴华 . 电子系统设计与开发实例导航 [M ]. 北京 : 人民

邮电出版社 , 2005.
[ 3 ] XESS Corporation. VGA Generator for the XSA Boards[ EB /OL ]. http: / /www. xess com /p roject / an - 101204 - vgagen. zip , 2007 . 8 - 12. [ 4 ] Palnitkars Verilog HDL 数字设计与综合 [M ]. 夏宇闻 , 胡燕祥 , .

4  结论

VGA 接口显示器给我们提供了一个方便的显

示方案 ,通过 FPGA 构造显示时序 , 在面积和速度 上能满足实际需要 。通过在 FPGA 实验开发板上

刁岚松 ,等译 . 北京 : 电子工业出版社 , 2004.
[ 5 ] 延明 ,张亦华 . 数字电路 EDA 入门 [M ]. 北京 ,北京邮电大学出

验证了基于 FPGA 设计的 VGA 显示控制模块可以 实现 VGA 的 各 项 功 能 。其 性 能 取 决 于 Verilog

版社 , 2006.

The D esign and Im plem en ta tion of VGA image Con troller Ba sed on FPGA
ZHU W en 2 wei, XU Zhong2ren ZHUO Tao

( College of Info Eng under L iaoning Petrochem ical University , L iaoning Fushun 113001, China)

According to the spatial data’s basic concep tions and features, a spatial data model based on object2 oriented was made to geographic environment data w ith object2 oriented idea. And also, ADT (Abstract Data Type ) - the type defined by user, was analyzed to its independence. It is indicated that the definition of spatial data type should lated p rocessing of spatial information based on its p rocessing flow in spatial information system. graphic information system; abstract data type
? 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net

p lay, comp leted interface controller of VGA was based on FPGA while using Verilog HDL as a means of logic de2 scrip tion. Compared to the tradition design, add the cursor p rocessor is convenient to expand in the embedded system s . Key words: VGA; disp lay interface; FPGA; interface controller; embedded system s (上接第 100 页 ) Abstract: The actuality of spatial infor ation technology app lied for City Fire Prevention fields was described. m be noticed in the modeling w ith object2 oriented method. Additionally, an analysis summary was m ade to the re2 Key words: fire facility monitoring system; spatial infor ation technology; object2 m oriented data model; open geo2

Abstract: A s a standard disp lay interface, VGA has been w idely used. According to the p rincip le of VGA dis2

Spa ti l Da taba se M odelin g Ana lysis Ba sed on a O bject2 r ien ted M ethodology O
(Vocational and Technical College of Guizhou University, Guiyang 550003, China)


基于FPGA的VGA显示控制器设计_图文.doc

基于FPGA的VGA显示控制器设计 - 1. 利用FPGA内部的块内存作为显示缓存,将要显示的图片存储到该缓存中,根据VGA显示的时序,设计VGA控制器,将显示缓存中的图片通过VGA...

基于FPGA的VGA图像显示系统的设计与实现_周卓然.pdf

基于FPGA的VGA图像显示系统的设计与实现_周卓然 - 2012 年第7 期

基于FPGA的VGA图像控制器的设计与实现.pdf

第26卷V01.26 第6期NO.6 新乡学院学报(自然科学版)JournalofXinxiangUniversity(NaturalScienceEdition) 2009年12月Dec.2009 基于FPGA的VGA图像控制器的设计与实现...

基于FPGA 的 VGA 图像显示系统的设计与实现.doc

基于FPGA 的 VGA 图像显示系统的设计与实现 - 基于 FPGA 的 VGA 图像显示系统的设计与实现 周卓然,徐道连,吕凤飞,付少华 ( 重庆大学光电技术及系统教育部重点...

基于FPGA的VGA图像动态显示控制器的设计与实现_廖永清.pdf

基于FPGA的VGA图像动态显示控制器的设计与实现_廖永清 - Parts &a

基于FPGA的VGA图像动态显示控制器的设计与实现.pdf

基于FPGA的VGA图像动态显示控制器的设计与实现 - lParts&a

本科毕业设计___基于FPGA的VGA显示控制器设计.doc

本科毕业设计___基于FPGA的VGA显示控制器设计 - 毕业论文,单片机论文,毕业论文设计,毕业过关论文,毕业设计,课程设计,硕士论文,研究生论文

基于Verilog的VGA控制器.pdf

[2]廖永清,丁旭昌.基于FPGA的VGA图像动态显示控制器的设计与实现[J].

基于FPGA的VGA图像控制器的设计与实现.pdf

基于FPGA的VGA图像控制器的设计与实现 - 第 26 卷 第 6 期 新乡学

基于FPGA的VGA接口显示的设计与实现...doc

[8] 董兵,朱齐丹,文睿.基于 FPGA 的 VGA 图像控制器的设计与实现[J].应用科技, 2006, 33(10): 42-45. [9] 田耘,徐文波.Xilinx FPGA 开发教程[M].北京...

基于FPGA的VGA图像显示系统的设计与实现.pdf

基于FPGA的VGA图像显示系统的设计与实现 - 2012 年第7 期 仪表技术

基于fpga的vga图像显示控制器设计 _大学论文.doc

基于fpga的vga图像显示控制器设计 _大学论文 - 可编程逻辑器件综合实验报告 基于 FPGA 的 VGA 图像显示控制器设计 第 1页 可编程逻辑器件综合实验报告 一....

本科毕业设计___基于FPGA的VGA显示控制器设计.doc

本科毕业设计___基于FPGA的VGA显示控制器设计 - 毕业论文,单片机论文,毕业论文设计,毕业过关论文,毕业设计,课程设计,硕士论文,研究生论文

课程设计-基于fpga的vga图形显示大学论文.doc

电子信息工程 学生姓名 同组姓名 指导教师 时间 学号 1 基于 FPGA 的 VGA 图形显示 摘要: 本次的题目是基于 FPGA 的 VGA 图形显示,实现 VGA 图像显示与控制...

基于FPGA的VGA图像控制器的设计与实现.pdf

基于FPGA的VGA图像控制器的设计与实现 - 第 33 卷第 10 期 200

基于FPGA的VGA图像控制器的设计与实现.pdf

基于FPGA的VGA图像控制器的设计与实现 - 维普资讯 http://www.

基于FPGA的VGA图像控制器的设计与实现.pdf

基于FPGA的VGA图像控制器的设计与实现 - 第 26 卷第 2 期 2009

基于fpga的vga图像显示控制器设计--学位论文.doc

基于fpga的vga图像显示控制器设计--学位论文 - 可编程逻辑器件综合实验报告 基于 FPGA 的 VGA 图像显示控制器设计 第 1页 可编程逻辑器件综合实验报告 一....

基于FPGA的VGA接口模块设计_论文.pdf

基于FPGA的VGA接口模块设计_信息与通信_工程科技_专业资料 暂无评价|0人阅读|0次下载 基于FPGA的VGA接口模块设计_信息与通信_工程科技_专业资料。 ...

基于FPGA的VGA图像控制器设计与实现_论文.pdf

基于FPGA的VGA图像控制器设计与实现 - EDA技术[1]是现代电子设计技术