【正文】 目前 Altera已經(jīng)停止了對 Max+plus II 的更新支持 。 ◆ VHDL 可以獨立性描述一個設計，即便設計者不懂硬件的結構，也不知道最 終設計實現(xiàn)的目標器件是什么，也可以進行獨立的設計。符合市場的需求，使得規(guī)模大的系統(tǒng)高效，高速的完成由有多人或者多個研發(fā)組同時并行工作才得以實現(xiàn)。 ◆ VHDL擁有多元化的仿真語句 及庫函數(shù)，因此任何規(guī)模的大系統(tǒng)得設計在其早期就能檢驗設計系統(tǒng)的功能是否可行，并無限制的對設計進行仿真模擬。相比 與其他硬件描述語言， VHDL 具有功能性強大、設計簡單；支持面廣、修改方便；超強的系統(tǒng)硬件描述能力；設計可以獨立于器件并與工藝無關；移植能力強；容易共享與復用等諸多特點，于此 VHDL 于其他描述性硬件語言更具備如下優(yōu)勢： ◆ 相比于其他描述性硬件語言， VHDL擁有更為強大的行為描述能力，因此也使得它成為了系統(tǒng)設計領域最適合的硬件描述語言。若 設計實體 被 定義了外部界面后，其內(nèi)部開發(fā) 也以 完成， 那么 這個實體 就可被之后 的設計直 接 調用。除了 擁 有 的 語句 絕大 多 數(shù) 具 備 硬件特征 外 ， 它得 語言形式、描述風格以及語法于 普通 的計算機高級語言 基本無異 。 但是 在 一些 技術 較為 先進 的單位，它也被用來設計ASIC。 VHDL 語言作為 IEEE 的一種工業(yè)標準，因此掌握 VHDL 語言是實現(xiàn)信息系統(tǒng)硬件開發(fā)所必備的知識和技能。 它是由美國國防部開發(fā)出來 的，起初它只 供美軍用來提高設計的可靠性和減 少 開發(fā)周期的一種 小 范圍 使用 的設計語言 。 VHDL 簡介 VHDL語言是一種 被 用于電路設計 中 的高級語言。 加載配置及在線調試 ： 在 FPGA/CPLD 芯片中進行生產(chǎn)配置文件的測試。 一般來說，布局布線后仿真步驟必須進行 ，靜態(tài)時序分析被 QuartusII 自帶的時序分析工具分析完成 ， 此外它也可被第三方工具進行時序分析與驗證 [6]。 布局布線后仿真及驗證 ： 又被稱為時序仿真或者后仿真。布局 (Place)即指將在FPGA 內(nèi)部的固有硬件結構上合理的適配邏輯網(wǎng)表中的硬件源語或者底層單元。 實現(xiàn)布局及布線 ： 在具體的 FPGA/CPLD 器件上適配綜合生成 的邏輯網(wǎng)表 ,這么一個個過程唄稱之為實現(xiàn)過程。 即便 綜合后仿真雖然比功能仿真 更為精確， 卻也只能 估計門延時， 達不到 估計線延時 的效果 ，仿真結果 相對于 布線后的實際情況 存在著相當?shù)?差距。Synthesis] 命令進行綜合 ,也可采用第三方的綜合工具。 綜合優(yōu)化：是指將設計輸入 (HDL 語言、原理圖 )翻譯成由基本邏輯單元（與、或、非門 ,RAM,觸發(fā)器等）組成的邏輯連接 (網(wǎng)表 ),依照其目標與要求 (約束條件 )，將生成的邏輯連接優(yōu)化 ,同時輸出 edf和 edn等格式標準的網(wǎng)表文件 ,能為 FPGA/CPLD廠家的實現(xiàn)布局布線器。此外在使用 QuartusII 時也可以采取第三方工具 (如 ModelSim)來 導入源程序和 testbench 進行仿真 。 功能仿真：其又被稱作綜合前仿真 ,它的主要目的在于驗證設計的電路結構和功能與設計意圖是否相配對。 電路設計：將電路系統(tǒng)以一定的表達方式輸入到計算機里面，即將設計人員的電路基于 FPGA 的 VGA 圖像顯示控制器設計 15 構想輸入到 EDA 等工具上， 原理圖設計輸入方法和硬件描述語言 (HDL)的電路設計文 本是常用的 設計輸入方法 。圖 一個完整的 FPGA 設計過程。 FPGA 設計流程 一般來講 , FPGA 的完整設計過程 ,包括電路設計與輸入、功能仿真、全面、綜合仿真 ,實現(xiàn)和布局布線、布局仿真與驗證 ,配線板級仿真與驗證、調試和加載配置。表 4輸入與門得例子。目前 FPGA中多使用 4輸入的 LUT,為此 每一個 LUT 都被 看成一個有 4位地址線的 16 1的 RAM。 CPLD 得設計基于 E2CMOS 工藝 ,它的 基本邏輯單元則是由一些與、或陣列外加觸發(fā)器構成的 ， 但 FPGA 則選擇 SRAM 工藝進行設計 ， 基本邏輯單元依據(jù)查找表而進行設計。但是他們也有許多優(yōu)勢 ,例如可以很快的成品 ,可以修改 ,以糾正錯誤的程序和便宜的成本。他們離開后成品磚和 FPGA邏輯連接可以改變根據(jù)設計師的設計 ,可以完成需要的 FPGA 邏輯功能。在大部分的 FPGA 內(nèi) ,這些可以編輯部件包括記憶元件 ,如觸發(fā)器 (Flipflop)或其他更完整的記憶塊。 表 640X480時序信號 Symbol Parameter Vertical Sync Horizontal Sync Time Clocks Liens Time Clocks TS Sync pulse time 4168,800 521 32μ s 800 TDISP Display time 384,000 480 s 640 TPW Pulse width 64μ s 1,600 2 s 96 TFP Front porch 320μ s 8,000 10 640 16 TBP Back Porch 928μ s 23,200 29 s 48 圖 各時序之間的聯(lián)系 基于 FPGA 的 VGA 圖像顯示控制器設計 13 第 2 章 FPGA 簡介及設計流程 FPGA 簡介 目前以硬件描述語言（ Verilog 或 VHDL）所完成的電 路設計，經(jīng)過簡單的綜合與布局，可以很快的燒錄到 FPGA 上進行測試，是現(xiàn)代 IC設計驗證的主流技術。 1。給定的刷新頻率的水平線的數(shù)量定義了水平折回頻率。 VS信號定義顯示的更新頻率，或刷新屏幕信息的頻率。 VGA控制器產(chǎn)生水平同步時序信號（ HS）和垂直同步時序信號 (VS)，調節(jié)在每個像素時鐘視頻數(shù)據(jù)的傳送?？刂破髦付ㄒ曨l數(shù)據(jù)緩沖器以備電子束通過顯示屏。 視頻數(shù)據(jù)一般來自重復顯示存儲器中一個或多個字節(jié) —— 它們被分配到每個像素單元?，F(xiàn)在的 VGA顯示屏支持多種顯示協(xié)議， VGA控制器通過協(xié)議產(chǎn)生時序信號來控制光柵。在消隱周期 —— 電子束重新分配和穩(wěn)定于新的水平或垂直位時，丟失了許多信息。當電子束向正方向移動時，信息才顯示，即從左至右、從上至下。因此，下面的討論均適合 CRT和 LCD。 LCD使用矩陣開關給液晶加壓，在每個像素點上通過液晶來改變光的介電常數(shù)。以下提供的 VGA系統(tǒng)和時序信息作為例子來說明 FPGA在 640 480模式下是如何驅動 VGA監(jiān)視 器的。 VGA_HSYNC和 VGA_VSYNC信號使用LVTTL或 LVCMOS3I/O標準驅動電平。每個顏色信號串一個電阻，每位的顏色信號分別是 VGA_RED， VGA_BLUE， VGA_GREEN。 針對開發(fā)板的條件，若想得到 25MHz的像素頻率輸出，則必須采用 50MHz的系統(tǒng)時鐘進行分頻。 此外考慮節(jié)約成本得想法 ， 由于要用到專用 DA轉換器 ,成本必會增加。板上的 VGA接口只需使用其中的五個引腳，其中行、幀同步信號直接由 FGPA輸出；紅、綠、藍三色信號使用 FPGA上 8個引腳， 8位數(shù)據(jù) ，其中紅色兩基于 FPGA 的 VGA 圖像顯示控制器設計 10 位，綠色及藍色各三位，通過電阻網(wǎng)絡 D/A變換后在顯示器顯示輸出值， DA轉換器在這個電阻網(wǎng)絡上被模擬 ， 輸入信號的電壓被分成幾段。如果所有的水平掃描都以完成，電子束被結束并關閉在屏幕的右下角，隨即及時回到屏幕得左上角（垂直回掃），啟動下一次的光柵掃描。這種光柵掃描一般具備以下路徑：在每一行從上到下并從左到右進行掃描。當今的顯示器都采用光柵掃描這一方式來進行它的屏幕掃描。圖 VGA顯示模塊與 CRT顯示器的控制框圖。采用逐行掃描得方式進行顯示。本設計基于標準 VGA模式來實現(xiàn)。 圖 行、場掃描時序示意圖 VGA得圖形模式可以分成三類： CGA、 EGA兼容的圖形模式，標準 的 VGA圖形模式及 VGA基于 FPGA 的 VGA 圖像顯示控制器設計 9 擴展圖形模式。 Hs 和 Vs 的時序圖?，F(xiàn)拿正極性分析，說明 CRT的全工作過程： R， G， B 呈現(xiàn)正極性的信號，即視為高電平是有效的。場同步則采用場同步信號進行，并使掃描回到屏幕的左上方，同時場消隱進行，準備下一場的掃描。顯示則采取逐行掃描得方式解決，使得從陰極射線槍中發(fā)出的電子束得以打在具有熒光粉得熒光屏上，產(chǎn)生R， G，三基色的彩色像素。 VGA 顯示原理 VGA 顯示的圖像原理：常見之彩色顯示器，一般由 CRT(即：陰極射線管 )構成。 其排列及接口定義如圖 所示 : 圖 VGA接口圖 在基于 FPGA的 VGA控制中，只需要考慮行場同步信號 (Vs)、同步信號 (Hs)、藍基色基于 FPGA 的 VGA 圖像顯示控制器設計 8 (R)、紅基色 (B)、綠基色 (G)這 5個信號。 其中，除了 2 根 NC（ Not Connect)信 號、 3 根顯示數(shù)據(jù)總線和 5 個 GND信號，比較重要的是 3 根 RGB 彩色分量信號和 2根掃描同步信號 HSYNC 和 VSYNC 針 [2]。本設計在 FPGA 開發(fā)板上使用 VGA 接口的顯示器顯示彩條及簡單的圖形，可以成為整個采集系統(tǒng)的參考設計，實用價值良好。 FPGA 的運行速度快，管腳資源更加豐富，大規(guī)模的系統(tǒng)設計的實現(xiàn)相對簡單，大量軟核可供使用用，有利于二次開發(fā)使用，不僅如此，而且 FPGA 具備可重構的能力，抗看等特點。 VGA 顯示技術的發(fā)展概況 VGA 接口，它是一種被廣泛應用的標準顯示接口，大多數(shù)的顯卡和顯示器之間，以及二色等離子的電視輸入圖像模數(shù)的轉換上使用了 VGA接口。 ◆ 整體設計 費用降低 ， 產(chǎn)品更具有價格優(yōu)勢。 ◆ 當高速數(shù)據(jù)進行傳輸時，減少高頻噪聲干擾。 現(xiàn)在，基于 FPGA的設計方案越來越被用于更多的嵌入式系統(tǒng)，在基于 FPGA的大規(guī)模嵌入式系統(tǒng)設計中，為了更好的實現(xiàn) VGA顯示功能，既能使用專用的 VGA接口芯 SPX7111A等，又可以設計和使用基于 FPGA的 VGA接口軟核，其優(yōu)點在于能使用 VGA專用芯片具有更穩(wěn)定的 VGA時序和更多的顯示模式可供選擇。如果想要驅動此類顯示器，必須得有很高的掃描頻率， 以及極短的處理時間，綜合諸多特點需要，所以選用 FPGA來實現(xiàn)對 VGA顯示器的驅動。 采用 FPGA芯片和 EDA設計方法， 可 根據(jù)用戶的需求， 為 設計提供了有針對性的 VGA顯示控制器，不需要依靠計算機，它可以大大降低成本，并可以滿足生產(chǎn)實踐中 不斷 改變的 需要 ，產(chǎn)品的升級換代和方 便迅 速 。 使用 VGA顯示控制器的 FPGA設計 有著高度的靈活性，并 能夠 根據(jù)不同類型，規(guī)模，和不同的適用場合，尤其是工業(yè)產(chǎn)品，做一些特殊的設計，用最低的價格，滿足系統(tǒng)的要求 ， 并能解決一般顯示控制器本身固有的一些點。 1987年 IBM推出了 一種 高分辨率的視頻傳輸標準 即 VGA（視頻圖形陣列）， 其具備 顯示速度快， 分辨率高， 和豐富的顏色等 特點。 關鍵詞 ： 可編程邏輯器件 VGA 圖像控制器 基于 FPGA 的 VGA 圖像顯示控制器設計 2 Abstract This paper introduces a kind of make use of the programmable logic devices realize VGA images show control method, and expounds the VGA i