【文章內容簡介】 即建立一個名為Hello_World_0 的模板，如圖315 所示。圖315 Hello_World_0模板建立打開項目中的文件：，根據(jù)本設計的需要，編寫設計自己的動畫程序代碼。代碼編寫完成后，需要進行編譯調試，進行編譯前如果像優(yōu)化程序可以做一些設置，右鍵點擊hello_world_0 工程名稱， 在彈出的菜單中選擇“Properties”進行相關設置，其目的是為了減少程序占用內存空間。接下來進行編譯，右鍵點擊“hello_led_0”，在彈出的菜單中選擇“Build Project”進行編譯。如圖316所示。圖316 編譯編譯完成后，進行調試。將ByteBlasterII 下載線接到FPGA試驗平臺的JTAG 口，接上5V 電源。右鍵點擊hello_world_0 工程名稱， 在彈出的菜單中點擊“Run as”選擇“NiosII Hardware”，如圖317 所示。圖317 啟動調試NiosII IDE 會打開調試界面（Debug Perspective），可在程序中設置斷點，運行是程序將停止在斷點處，點擊繼續(xù)執(zhí)行（Resume）按鈕，程序便會繼續(xù)運行，此時可以看到VGA顯示器上的動畫顯示。點擊按鈕，程序暫停運行，點擊按鈕退出運行，如圖318 所示。圖318 調試界面最后還需要回到 QuartusⅡ軟件里面對整個系統(tǒng)進行編譯，選擇“Processing” 菜單下面的“Star Compilation”。編譯成功以后我們就可以選擇“Tools”菜單里面的“Programmer”，下載整個配置到FPGA板子中去。然后在niosII 環(huán)境中點擊run as 將C 程序下載到試驗板中去。4 系統(tǒng)整體電路框圖與設計原理 本系統(tǒng)的設計是以含有Nios II處理器的FPGA實驗板作為系統(tǒng)的核心器件，通過接口電路，在CRT顯示器上顯示動畫效果。其系統(tǒng)原理框圖如下41圖。圖41 系統(tǒng)整體電路框圖Flash/SM卡和顯存SDRAM是提供程序運行或是數(shù)據(jù)存儲，VGA接口電路是由自己硬件代碼設計生成的IP核。Nios II處理器使用的是Altera公司的cyclone芯片來控制整個系統(tǒng)的運行，CRT顯示的效果是根據(jù)算法設計顯示的動畫效果。選用本款Altera 器件來進行電路設計的主要原因是為了使外設的設計，地址、數(shù)據(jù)和控制信號能夠使用分離的、專用的端口；還有外設不需要對地址總線周期和數(shù)據(jù)總線周期進行識別，也不需要在未被選中時使輸出無效。分離的地址、數(shù)據(jù)和控制通道能夠簡化了與片上用戶自定義的一些邏輯的連接 。CycloneII是Altera公司推出的第二代產品，速度較快，邏輯資源豐富，是性價比很高的FPGA器件之一。DE1開發(fā)板所采用的EP2C20器件，片上資源豐富，包括兩個CPU軟核，以及大量的IP核，如flash控制器、SDRAM及其控制器，PLL、VGA、音頻、UART和豐富的GPIO，符合本系統(tǒng)的需求。 ，SOPC Builder是集成QuartusII內部的SOPC系統(tǒng)級開發(fā)工具，利用它可方便的構建一個SOPC系統(tǒng)。所帶的EDA工具具有豐富的調試資源，有綜合器，仿真分析器和時序分析器。5 VGA硬件系統(tǒng)的模塊設計 VGA 簡介VGA (Video Graphic Array)作為一種標準的顯示接口得到了廣泛的應用。在VGA接口協(xié)議框架中，根據(jù)不同的分辨率和刷新頻率，又分為不同的顯示模VGA (640 480) 、XGA ( 800 600)和SV2GA (1024 768) 。常見的彩色顯示器一般由CRT(陰極射線管)構成，彩色是由R、G、B (紅：Red、綠： Green、藍：B1ue)三色組成。顯示是采用逐行掃描的方式，陰極射線槍發(fā)出的電子束打在涂有熒光粉的熒光屏上，產生RGB三基色，最后合成一個彩色圖像。在VGA接口協(xié)議中，不同的顯示模式因為有不同的分辨率或不同的刷新頻率，所以其時序也不相同。對于每種顯示模式的時序， VGA 都有嚴格的工業(yè)標準。 VGA 接口定義VGA 接口負責向顯示器輸出相應的顯示信號。VGA 接口是一種D 型接口，上面共有15 個針孔，非對稱地分成3 排，每排5 個，其排列及接口定義如圖51所示。1紅基色 red 2綠基色 green 3藍基色 blue 4地址碼 ID Bit 5自測試 ( 各家定義不同 ) 6紅地 7綠地 8藍地 9保留 ( 各家定義不同 ) 10數(shù)字地 11地址碼 12地址碼 13行同步 14場同步 15地址碼 ( 各家定義不同 ) 。 圖51VGA排列及接口定義管腳對應的VGA接口如圖52所示：圖52 VGA接口管腳對應 VGA接口的電路結構設計VGA的電路結構設計如圖53所示，主要由四個模塊組成：（1）分頻模塊：為給電路產生合適的時鐘；（2）時序關系生成模塊：生成VGA的行場掃描時序輸出；（3）數(shù)據(jù)緩存模塊：存儲VGA要顯示的數(shù)據(jù)；（4）D/A模塊：實現(xiàn)R、G、B的數(shù)模轉換。圖53 VGA電路結構VGA時序信號產生模塊包括行點數(shù)計數(shù)器h_t 、場行數(shù)計數(shù)器v_t 、行同步產生狀態(tài)機h_state 和場同步產生狀態(tài)機v_state 等。其中，行點數(shù)計數(shù)器是800 進制計數(shù)器，場行數(shù)計數(shù)器是525 進制計數(shù)器。行同步狀態(tài)機h_state有h_video ，h_front ，h_sync，h_back四種狀態(tài)，它根據(jù)行點數(shù)計數(shù)器的計數(shù)值來進行狀態(tài)轉換；場同步狀態(tài)機v_state 有v_video，v_front，v_sync，v_back 四種狀態(tài)，它根據(jù)場行數(shù)計數(shù)器的計數(shù)值來進行狀態(tài)翻轉。這兩個狀態(tài)機的狀態(tài)轉移圖分別如圖5圖55所示。圖54行同步狀態(tài)機狀態(tài)轉移55場同步狀態(tài)機狀態(tài)轉移當行狀態(tài)機h_state 復位時，即進入h_video 狀態(tài)，它對應每行的有效顯示區(qū)域。行計數(shù)器h_t 對25 MHz的點時鐘進行計數(shù)，當行計數(shù)器h_t 的計數(shù)值到達639 時，行同步狀態(tài)機即進入行消隱前肩h_front狀態(tài)； 當h_t 的計數(shù)值為655 時，行同步狀態(tài)機進入行同步狀態(tài)h_sync ，此時，行同步信號Hs 輸出低電平。當h_t的計數(shù)值為751時，狀態(tài)機即進入行消隱后肩h_back 狀態(tài)。當行狀態(tài)機為h_front ，h_sync，h_back狀態(tài)時，行消隱信號輸出低電平。當h_t 的計數(shù)值為799 時，行同步狀態(tài)機進入h_video 狀態(tài)，同時，行計數(shù)器的同步復位信號為高電平，使行計數(shù)器復位。場狀態(tài)機v_state 開始時進入v_video 狀態(tài)，對應每場的有效顯示行，場計數(shù)器v t 的計數(shù)值每行加1 。當場計數(shù)器的計數(shù)值到達479 時，場狀態(tài)機翻轉，進入場消隱前肩v_ront 狀態(tài)； 當v_t的值為4989時，狀態(tài)機v_state 進入場同步狀態(tài)v_sync ，場同步信號vs 此時輸出低電平； 當v_t 的值為491 時，狀態(tài)機v_state進入場消隱后肩v_back狀態(tài)；當v_t 的值為524 時，狀態(tài)機v_state 又翻轉進入v_video 狀態(tài)，同時輸出高電平到場計數(shù)器v_t 的同步清零端使其清零。當場狀態(tài)機v_state的狀態(tài)為v_front，v_sync，v_back 三種狀態(tài)時，場消隱信號輸出低電平，其余時刻為高電平。行、場消隱信號的邏輯與即為復合消隱信號。VGA時序圖如圖5圖57所示。圖56 行掃描時序示意圖圖57 場掃描時序示意圖6 動畫顯示的C語言算法設計 本動畫是在顯示器上顯示小球運動，當運動到顯示器邊緣時，將改變顯示背景顏色和小球顏色及其運動軌跡也將發(fā)生改變。 背景顏色的顯示和變換 首先將640x480顯示屏幕分成16x16的小方格，由“scheme”變量來改變背景顏色，通過邊緣來判斷是否改變當前背顏色。draw_grid(int scheme, display_frame_buffer_struct* vga_frame_buffer)vid_draw_box(x, y, x+40, y+30, color, DO_FILL, vga_frame_buffer)每畫一個方格馬上用顏色填充，一直循環(huán)畫方格填充顏色。如圖61所示。圖61 背景顏色 小球運動軌跡和顏色變換 小球的運動軌跡是事先給出了一個運動方向，不能是垂直上下或是左右運動，因為小球的運動軌跡是根據(jù)矢量算法合成的。軌跡改變是先判斷運動到顯示屏邊緣方向，如果是上邊緣，Y；如果是下邊緣，Y++；如果是左邊緣，X++；如果右邊緣，X；在X軸或是Y軸矢量運動方向改變時，同時改變小球填充顏色，這樣便可達到小球的運動軌跡變換和顏色改變。如圖62所示。圖62小球動畫顯示結論本文以基于Nios_II的VGA顯示電路設計為題，采用VerilogHDL硬件描述語言進行描述和C語言編寫動畫程序，并運用Quartus II 、NiosII等設計工具完成設計。在本設計中，電路有VGA顯示器、FPGA實驗板、VGA控制器三部分電路組成。在弄清楚VGA的時序之后，