VGA接口驱动设计

VGA驱动设计

作者：李西锐 校对：陆辉

VGA（Video Graphics Array）视频图形阵列是IBM于1987年提出的一个使用模拟信号的电脑显示标准。VGA接口即电脑采用VGA标准输出数据的专用接口。VGA接口共有15针，分成3排，每排5个孔，显卡上应用最为广泛的接口类型，绝大多数显卡都带有此种接口。它传输红、绿、蓝模拟信号以及同步信号(水平和垂直信号)。

VGA作为视频接口，具有分辨率高、显示速度快、颜色丰富等优点。随着电子产品以及视频图像处理技术的发展，VGA接口应用越来越广泛。

首先我们先来看一下VGA接口，如下图：

在我们的接口中，有很多针脚，我们在驱动之前，首先要了解每一个针脚的作用。接口原理图如下：

如图，我们可以看出在这15个针脚中，只有5个针脚需要我们去驱动，其他的针脚要么是电源或者地，要么就没有接。所以，在我们驱动时，只需要驱动这5个针脚即可。

首先我们在驱动之前，需要了解一下视频显示的扫描方式。平时大家看到的图片是由一个一个的像素点构成的，显示器显示时也是如此，一个点一个点的显示。在扫描显示时，有两种扫描方式：隔行扫描和逐行扫描。第一种扫描方式控制复杂，而且图像闪烁，人眼易疲劳，所以现在很少使用，基本上主流的扫描方式都是逐行扫描。逐行扫描是从左上角第一个点开始一行一行的进行扫描，直至最后一个点。在扫描时就需要我们确定扫描位置然后进行时序约束。vga_hs和vga_vs这两个信号为行列同步信号，用来同步扫描的。在时序上，要求在a段必须为低电平。

行时序每拉低一次即为一行的开始，场时序每拉低一次即为一帧图片的开始。

另外，在了解完扫描的问题之后，还有一个问题需要解决，那就是我们在扫描到显示区域时，要给出颜色数据，使得屏幕显示出我们想看到的颜色。VGA 显示器上每一个像素点可以很多种颜色，由R、G、B 三种颜色构成。如果每个像素点采用3 位二进制数表示，即R 用1bit 表示，G 用1bit 表示，B 用1bit 表示，则此像素点一共可以显示8种颜色；如果每个像素点采用8 位二进制数表示，即R 用3bit 表示，G 用3bit 表示，B 用2bit 表示，则此像素点一共可以显示256 种颜色。此次实验，采用RGB332 的进行表示。

在进行扫描时，不同的分辨率对应不同的扫描时钟，下图为各个常用分辨率的时序参数。

此次实验，我们选择分辨率为640*480，那么我们需要提供一个25Mhz的时钟，这个时钟我们可以通过锁相环输出，代码如下：

1 module vga_ctrl ( 2 3 input wire clk, 4 input wire rst_n, 5 6 output reg vga_hs, 7 output reg vga_vs, 8 output reg [7:0] vga_rgb 9 ); 10 11 parameter HS_A = 96; 12 parameter HS_B = 48; 13 parameter HS_C = 640; 14 parameter HS_D = 16; 15 parameter HS_E = 800; 16 17 parameter VS_A = 2; 18 parameter VS_B = 33; 19 parameter VS_C = 480; 20 parameter VS_D = 10; 21 parameter VS_E = 525; 22 23 reg [9:0] cnt_hs; 24 reg [9:0] cnt_vs; 25 wire hs_en; 26 wire vs_en; 27 28 always @ (posedge clk, negedge rst_n) begin 29 if (rst_n == 1'b0) 30 cnt_hs <= 10'd0; 31 else 32 if (cnt_hs < HS_E - 1'b1) 33 cnt_hs <= cnt_hs + 1'b1; 34 else 35 cnt_hs <= 10'd0; 36 end 37 38 always @ (posedge clk, negedge rst_n) begin 39 if (rst_n == 1'b0) 40 vga_hs <= 1'b1; 41 else 42 if (cnt_hs < HS_A) 43 vga_hs <= 1'b0; 44 else 45 vga_hs <= 1'b1; 46 end 47 48 always @ (posedge clk, negedge rst_n) begin 49 if (rst_n == 1'b0) 50 cnt_vs <= 10'd0; 51 else 52 if (cnt_hs == HS_E - 1'b1) 53 if (cnt_vs < VS_E - 1'b1) 54 cnt_vs <= cnt_vs + 1'b1; 55 else 56 cnt_vs <= 10'd0; 57 else 58 cnt_vs <= cnt_vs; 59 end 60 61 always @ (posedge clk, negedge rst_n) begin 62 if (rst_n == 1'b0) 63 vga_vs <= 1'b1; 64 else 65 if (cnt_vs < VS_A) 66 vga_vs <= 1'b0; 67 else 68 vga_vs <= 1'b1; 69 end 70 71 assign hs_en = (cnt_hs > HS_A + HS_B - 1'b1) && (cnt_hs < HS_A + HS_B + HS_C); 72 assign vs_en = (cnt_vs > VS_A + VS_B - 1'b1) && (cnt_vs < VS_A + VS_B + VS_C); 73 74 always @ (posedge clk, negedge rst_n) begin 75 if (rst_n == 1'b0) 76 vga_rgb <= 8'd0; 77 else 78 if (hs_en == 1'b1 && vs_en == 1'b1) 79 vga_rgb <= 8'b111_000_00; 80 else 81 vga_rgb <= 8'd0; 82 end 83 84 endmodule

以上代码为显示纯红色的驱动，如果我们想显示不同的纯色，可以修改代码79行的值。

在代码71行和72行分别规定了显示C区，也就是我们能够看到的最大显示区域。如果大家想画出不同形状或者位置的，可以在这两行约束出想要的区域。

　　审核编辑：汤梓红