基于FPGA的真彩VGA顯示的實(shí)現(xiàn)

Mif文件在FPGA中的應(yīng)用，主要是在RAM，ROM中，一般用來(lái)存儲(chǔ)字模、波形數(shù)據(jù)、信號(hào)采樣、數(shù)據(jù)序列等，可以看做是C語(yǔ)言中的數(shù)組，用來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。Bingo當(dāng)年也是郁悶的很啊，當(dāng)年做電子琴，在Quartus II Memory Initialzation File 也手動(dòng)寫過(guò)曲譜的mif文件。眼睛都花了；曾經(jīng)做過(guò)波形發(fā)生器，有康芯的Guagle的支持，很方便；對(duì)于VGA字符圖片顯示，字模數(shù)據(jù)的龐大，Bingo最后通過(guò)C語(yǔ)言，根據(jù)mif格式，設(shè)計(jì)了軟件，今天定格。

一、講真彩顯示的理由：

畢竟這是電腦的液晶，為啥我們就不能做的想電腦一樣顯示彩色的圖片呢？只是單純的顯示線條，字符，感覺(jué)還是在玩LCD1602、LCD12864似地，不爽，不爽，灰常的不爽。那么大的VGA，不做點(diǎn)像樣的東西，還真的很不甘心。

視覺(jué)的沖擊，真彩的誘惑，內(nèi)心的萌動(dòng)，如果你是個(gè)不愿意放棄的人，沒(méi)做到真彩顯示，我想，你應(yīng)該不會(huì)那么踏實(shí)；如果你是一個(gè)對(duì)視覺(jué)有沖動(dòng)的人，單調(diào)的VGA驅(qū)動(dòng)，決不會(huì)甘心。Bingo當(dāng)年就是很不爽，為了那一刻，走一步，再走一步，潛行了很久，終于在某年某月某一天，視覺(jué)暫留于熒光屏，彩色的誘惑，阻隔了前面的世界，歷史從此定格。

本章將講述VGA真彩顯示的設(shè)計(jì)，通過(guò)硬件設(shè)計(jì)，軟件設(shè)計(jì)，以及各種不同的方案來(lái)講解，同時(shí)通過(guò)對(duì)Bingo設(shè)計(jì)的真彩顯示的一個(gè)工程稍做分析；最后展望未來(lái)，繼續(xù)走下一步，視覺(jué)暫留的我們不能就此停下腳步，，風(fēng)雨兼程決不放棄，接下來(lái)要做的將會(huì)更多更多，其實(shí)這才是真正的開(kāi)始。

二、真彩顯示的要求

1、數(shù)據(jù)的流通

要想在VGA上顯示一張彩色的圖片，就必須有充足的條件。簡(jiǎn)單的說(shuō)，那就必須要有圖片數(shù)據(jù)源、要能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)緩存，最后以標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)序給VGA刷屏。整體流程如下圖所示：

（1）外部數(shù)據(jù)源，由CPU捕獲

（2）由CPU捕獲的數(shù)據(jù)，緩存與SRAM或者SDRAM等顯存

（3）由CPU控制VGA狀態(tài)，以固定的時(shí)序給VGA刷屏

關(guān)于標(biāo)準(zhǔn)時(shí)序給VGA刷屏也就是以上的（3），Bingo在前面兩張已經(jīng)講的非常清楚，掌握的朋友應(yīng)該可以應(yīng)用自如了。前文中VGA的驅(qū)動(dòng)沒(méi)有數(shù)據(jù)源（暫且認(rèn)為Mif文件的數(shù)據(jù)屬于邏輯電路的描述），我們只是用FPAG邏輯描述的電路，給VGA固定坐標(biāo)顯示固定的內(nèi)容。因此，這一章的關(guān)鍵是將VGA刷屏的數(shù)據(jù)源，以及數(shù)據(jù)緩存處理，Bingo通過(guò)分析數(shù)據(jù)流通渠道來(lái)分析VGA真彩圖像顯示的技術(shù)。

2、色彩的識(shí)別

關(guān)于圖像的格式，有JPEG、BMP、PNG等多種格式；圖像的位數(shù)，也有單色、4灰、256色、4096色、16位真彩色、24位真彩色、32位真彩色這幾種。

有一種方法是直接通過(guò)讀取存放于SD卡、U盤等移動(dòng)數(shù)據(jù)的圖片，通過(guò)圖片解碼來(lái)得到圖像數(shù)據(jù)，真彩顯示。FPGA并行數(shù)據(jù)輸出，經(jīng)過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換（電阻網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換或者視頻轉(zhuǎn)換芯片），得到16位以上的VGA數(shù)據(jù)。人眼不能分辨的極限，至少也需要16位真彩色。16位以上的數(shù)據(jù)，24位、32位，人眼基本無(wú)法分辨清楚，因此，要求不是很高的情況下16位真彩色已經(jīng)足夠勝任。

前面講過(guò)的VGA驅(qū)動(dòng)，最基本的分辨率有如下三種：

（1）VGA_640_480_60FPS_25MHz

（2）VGA_800_600_72FPS_50MHz

（3）VGA_1024_768_60FPS_65MHz

可見(jiàn)，至少25MHz的速度刷屏，需要我們?cè)谲浖袑?shí)現(xiàn)顯卡刷屏的功能；在最小圖片容量即（1）模式下的數(shù)據(jù)量是640*480*16 = 4915200Bits = 600KB，在（3）模式下的數(shù)據(jù)量是1024*768*16 = 1.5MB。如此大的圖片數(shù)據(jù)，需要有如此容量的緩存區(qū)。

綜上，也就是說(shuō)，要實(shí)現(xiàn)真彩圖像VGA顯示，第一需要16位以上的VGA驅(qū)動(dòng)電路，第二需要足夠的容量來(lái)存放圖片。

三、各種方案的匯總

1. 靜態(tài)數(shù)據(jù)源

所謂靜態(tài)數(shù)據(jù)源，就是數(shù)據(jù)已經(jīng)保存在系統(tǒng)中，不能再改變的的數(shù)據(jù)源。為了顯示真彩圖像，我們可以將圖像數(shù)據(jù)存放于SDRAM，或者Flash，從而通過(guò)讀取IC上已經(jīng)存儲(chǔ)的圖像數(shù)據(jù)，顯存于SRAM，利用前面Bingo設(shè)計(jì)的VGA可移植模塊驅(qū)動(dòng)刷屏，實(shí)現(xiàn)真彩圖像的顯示?；镜募軜?gòu)就是：

FPGA + 靜態(tài)數(shù)據(jù)源 + SDRAM/SRAM + VGA

當(dāng)然此處數(shù)據(jù)存放于SDRAM，我們可以用Nios II 的C存放于數(shù)組，通過(guò)JTAG下載；FLASH中的數(shù)據(jù)，我們可以用Nios II 中的 Flash Programmer來(lái)完成配置。關(guān)于SDRAM中存放圖像數(shù)據(jù)來(lái)實(shí)現(xiàn)真彩圖像時(shí)最基本最簡(jiǎn)單的方法，Bingo將會(huì)在后文講解。