基于FPGA的真彩VGA顯示的實(shí)現

Mif文件在FPGA中的應用，主要是在RAM，ROM中，一般用來(lái)存儲字模、波形數據、信號采樣、數據序列等，可以看做是C語(yǔ)言中的數組，用來(lái)存儲數據。Bingo當年也是郁悶的很啊，當年做電子琴，在Quartus II Memory Initialzation File 也手動(dòng)寫(xiě)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；對于VGA字符圖片顯示，字模數據的龐大，Bingo最后通過(guò)C語(yǔ)言，根據mif格式，設計了軟件，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(xiàn)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，你應該不會(huì )那么踏實(shí)；如果你是一個(gè)對視覺(jué)有沖動(dòng)的人，單調的VGA驅動(dòng)，決不會(huì )甘心。Bingo當年就是很不爽，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真彩顯示的設計，通過(guò)硬件設計，軟件設計，以及各種不同的方案來(lái)講解，同時(shí)通過(guò)對Bingo設計的真彩顯示的一個(gè)工程稍做分析；最后展望未來(lái)，繼續走下一步，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、數據的流通

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據源、要能實(shí)現數據緩存，最后以標準的時(shí)序給VGA刷屏。整體流程如下圖所示：

（1）外部數據源，由CPU捕獲

（2）由CPU捕獲的數據，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)于標準時(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，掌握的朋友應該可以應用自如了。前文中VGA的驅動(dòng)沒(méi)有數據源（暫且認為Mif文件的數據屬于邏輯電路的描述），我們只是用FPAG邏輯描述的電路，給VGA固定坐標顯示固定的內容。因此，這一章的關(guān)鍵是將VGA刷屏的數據源，以及數據緩存處理，Bingo通過(guò)分析數據流通渠道來(lái)分析VGA真彩圖像顯示的技術(shù)。

2、色彩的識別

關(guān)于圖像的格式，有JPEG、BMP、PNG等多種格式；圖像的位數，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(pán)等移動(dòng)數據的圖片，通過(guò)圖片解碼來(lái)得到圖像數據，真彩顯示。FPGA并行數據輸出，經(jīng)過(guò)數模轉換（電阻網(wǎng)絡(luò )轉換或者視頻轉換芯片），得到16位以上的VGA數據。人眼不能分辨的極限，至少也需要16位真彩色。16位以上的數據，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，需要我們在軟件中實(shí)現顯卡刷屏的功能；在最小圖片容量即（1）模式下的數據量是640*480*16 = 4915200Bits = 600KB，在（3）模式下的數據量是1024*768*16 = 1.5MB。如此大的圖片數據，需要有如此容量的緩存區。

綜上，也就是說(shuō)，要實(shí)現真彩圖像VGA顯示，第一需要16位以上的VGA驅動(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)數據源

所謂靜態(tài)數據源，就是數據已經(jīng)保存在系統中，不能再改變的的數據源。為了顯示真彩圖像，我們可以將圖像數據存放于SDRAM，或者Flash，從而通過(guò)讀取IC上已經(jīng)存儲的圖像數據，顯存于SRAM，利用前面Bingo設計的VGA可移植模塊驅動(dòng)刷屏，實(shí)現真彩圖像的顯示?；镜募軜嬀褪牵?/p>

FPGA + 靜態(tài)數據源 + SDRAM/SRAM + VGA

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