基于FPGA的VGA顯示系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

2.3 圖像信息存儲模塊設(shè)計

　　圖像信號包括數(shù)字彩條、棋盤格和ROM中定制的圖形等。要在屏幕上顯示圖像，除VGA時序之外，還需要設(shè)計底層存儲器以建立圖像信息庫。FPGA定制ROM一般有兩種方法：第一種方法是利用FPGA器件的嵌人式存儲器定制LPM-ROM，用.mif文件或.hex文件對其對其進(jìn)行初始化，這種方法獲得的ROM最大尋址空間為212，可以存儲一幅分辨率為64x64的圖像信息;第二種方法是在FPGA邏輯資源的限度內(nèi)利用硬件描述語言Verilog HDL定制一個ROM，采用case語句對其進(jìn)行初始化，這種方法獲得的ROM在存儲深度較大時，編譯時對時間的開銷較大且浪費(fèi)FPGA的邏輯資源。ROM初始化完成 后在 40MHz的時鐘頻率下輸出存儲的圖像信息，其圖像顏色種類的多少取決于ROM存儲空間的大小。

　　本設(shè)計需要顯示一副64(寬)x64(高)x1(顏色)像素點陣的“比卡丘”卡通圖像。要存放這一副圖像，可采用FPGA嵌入的存儲器定制數(shù)據(jù)線寬64位、地址線寬6位的LPM-ROM，其初始化文件如圖4所示。這樣的配置使得設(shè)計簡單化，通過對行信號和列信號的有效組合對存儲器的地址進(jìn)行訪問而來輸出圖像像素點陣從而顯示圖像。

2.4 圖像顯示控制模塊設(shè)計

　　該部分設(shè)計的思路是在前三步的基礎(chǔ)上實現(xiàn)。有關(guān) RGB三基色信號的控制、行與列地址的控制、圖像顯示控制、幀控制，都是在這個模塊中完成操作。首先，通過讀取當(dāng)前的行和列地址信號對ROM進(jìn)行尋址，讀取圖片像素信息從而完成整個圖片信息的掃描。其次，當(dāng)有效區(qū)域信號產(chǎn)生時，通過RGB三基色信號實現(xiàn)圖像的正確顯示。

　　圖像顯示控制模塊vga_control_module.v的部分代碼如下：

　　module vga_control_module

　　(

　　input CLK, RSTn, Ready_Sig;

　　input [10:0] Column_Addr_Sig, Row_Addr_Sig,

　　input [63:0] Rom_Data;

　　output [5:0] Rom_Addr,

　　output Red_Sig, Green_Sig, Blue_Sig

　　);

　　………………………

　　…………

　　assign Rom_Addr = m;

　　assign Red_Sig = Ready_Sig ? Rom_Data[ 6'd63 - n ] : 1'b0;

　　assign Green_Sig = Ready_Sig ? Rom_Data[ 6'd63 - n ] : 1'b0;

　　assign Blue_Sig = Ready_Sig ? Rom_Data[ 6'd63 - n ] : 1'b0;

　　endmodule

2.5 VGA顯示頂層模塊設(shè)計

　　在各模塊功能實現(xiàn)的基礎(chǔ)上，通過實例化的方式把它們有機(jī)地整合在一起，即為VGA顯示頂層模塊vga_module.v，對其編譯后生成的RTL級網(wǎng)表如圖5所示。

3 仿真與測試結(jié)果

　　利用modelsim對VGA 顯示頂層模塊進(jìn)行功能仿真，所得到的時序驅(qū)動信號和RGB圖像信號的關(guān)系如圖6所示。HSYNC_Sig在前128個時鐘周期內(nèi)保持低電平，后面保持高電平的時間為928個CLK，而VSYNC_Sig在HSYNC_Sig第5個下降沿到來時由低電平變?yōu)楦唠娖?，可以說明 VGA模塊工作是正確的。利用VGA適配器將FPGA板載的VGA接口與液晶顯示器接口連接好，利用Quartus II軟件將程序下載到FPGA中驗證，硬件測試結(jié)果如圖8所示。最終,VGA輸出的圖像與圖像源是一致的。

4 結(jié)論

　　本文基于FPGA設(shè)計了VGA圖像顯示器，采用LPM-ROM完成圖像信息的存儲, 在FPGA中合成了對VGA圖像顯示所需的各種時序控制信號和圖像接口信號, 用較省邏輯資源的方式, 完成了VGA顯示模塊的設(shè)計,為圖像運(yùn)算節(jié)省了更多的邏輯資源。經(jīng)過仿真驗證,設(shè)計是正確可行的。該設(shè)計可以很好的實現(xiàn)我們在簡單應(yīng)用系統(tǒng)中對圖像或字符顯示的需要。

　　本設(shè)計還可以做一些擴(kuò)展，當(dāng)顯示的圖像信息量較大時，可對FPGA內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)的數(shù)字圖像處理實用算法進(jìn)行深入研究，如添加CCD攝像頭圖像采集模塊^[3];還可以外接大容量的存儲器，采用8位的二進(jìn)制數(shù)據(jù)表示RGB三基色，實現(xiàn)256色輸出，使顯示的圖像色彩更加豐富。

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本文來源于中國科技期刊《電子產(chǎn)品世界》2016年第2期第48頁，歡迎您寫論文時引用，并注明出處。