【從零開始走進(jìn)FPGA】 玩轉(zhuǎn)VGA
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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。
本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/275552.htm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
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