淺談VGA接口的FPGA實(shí)現(xiàn)

VGA 作為通用的顯示接口，其可使用的設(shè)備非常多。根據(jù) VGA 的文檔，我們了解到使用 VGA，只需要在給定的時(shí)鐘頻率下，向 VGA 線發(fā)出不同的信號(hào)即可。

VGA 輸出的信號(hào)一共有 5 個(gè)有效信號(hào)，分別是：

VGA_RED（紅色端子），VGA_BLUE（藍(lán)色端子），VGA_GREEN（綠色端子），VGA_HSYNC（水平同步端子），VGA_VSYNC（垂直同步端子）。

如果采用水平掃描的方法，且為 640 x 480 的分辨率，我們需要：

時(shí)鐘頻率為 25MHz（或者也可以采用 28.3MHz，參考 VGA 文檔）。

水平同步端子輸出信號(hào)包含 4 個(gè)階段，每個(gè)周期共占用 800 個(gè)時(shí)鐘周期。

脈沖周期（用于同步）：96 周期，輸出低電平

前端周期（用于緩沖）：48 周期，輸出高電平

顯示周期（用于顯示）：640 周期，每一個(gè)時(shí)鐘周期顯示一個(gè)像素點(diǎn)的內(nèi)容，讀取紅、藍(lán)、綠色端子的信息作出顯示。同步端子輸出高電平。

后端周期（用于緩沖）：16 周期，輸出高電平

垂直同步端子輸出信號(hào)也包含 4 個(gè)階段，由于是水平掃描，所以在垂直同步中的顯示周期中，水平同步端子將對(duì)其正確的進(jìn)行顯示，它包含了 480 個(gè)水平同步周期，掃描 480 行的內(nèi)容。也可以說一個(gè)垂直同步周期中，顯示出一個(gè)屏幕的內(nèi)容。

垂直同步端子的脈沖周期為 2 個(gè)水平同步周期；后端周期為 29 個(gè)水平同步周期；顯示周期為 480 個(gè)水平同步周期；前端周期為 10 個(gè)水平同步周期，故總周期數(shù)為

［latex］T=（480+2+10+29） * （96+16+640+48） = 416800［/latex］cycles

刷新頻率為

［latex］f = frac {25MHz} {416800} = 59.98 Hz［/latex］

即屏幕的刷新頻率約為 60Hz。若需采用其它的分辨率，只需改變顯示周期長度以及為該模塊提供不同的時(shí)鐘周期即可。顯示周期等參數(shù)都在 vga_header.v 文件中定義。編寫過程中，如果出現(xiàn)屏幕提示類似于“顯示超出范圍”的提示語，則說明同步周期不正確，改正同步周期長度即可。

為了實(shí)現(xiàn)同步信號(hào)的準(zhǔn)確計(jì)時(shí)，我們采用了有限狀態(tài)機(jī)對(duì)它進(jìn)行控制。以下源代碼可供參考：

通過該模塊生成了水平、垂直同步信號(hào)和對(duì)應(yīng)的水平地址和垂直地址后，使用垂直地址和水平地址讀取對(duì)應(yīng)的像素點(diǎn)信息，分為兩種：

a. 圖形模式：圖形模式是一個(gè)一個(gè)的像素點(diǎn)，我們采用了 BlockRAM 來保存這些像素點(diǎn)信息。由于空間有限，我們只能保存 320 x 240 個(gè)像素點(diǎn)，并擴(kuò)大輸出范圍，進(jìn)行單色 640 x 480 輸出，否則將因?yàn)榭臻g不夠而編譯不通過。如果我們可以采用板上內(nèi)置的 DDR 模塊就可以拓展其規(guī)模，而且板上的 DDR SDRAM 具有 64M，是鎂光生產(chǎn)的模塊，在 Xilinx 提供的 IPCore 中有對(duì)應(yīng)的模塊，只需要提供建立后提供相對(duì)應(yīng)的管腳即可完成輸出。由于 D/A 模塊無法做到（見下面），這個(gè)修改并沒有太大的意義，所以我們沒有做到這個(gè)工程中去。

b. 文字模式：文字模式支持的是 80 x 30 個(gè)文字的顯示，我們依然采用了 BlockRAM 來保存這些文字，每個(gè)文字占用 3 個(gè)字節(jié)，分別表示其 ASCII 碼（1 B）和 16位 RGB 信息（5-6-5格式，2B），文字后，再通過字庫 TextFontROM 模塊生成對(duì)應(yīng)的像素點(diǎn)信息。讀出某一行中應(yīng)該顯示的字符，而后顯示在屏幕上。由于內(nèi)存占用并不像圖形模式那么大，我們采用了 640 x 480 格式的輸出。