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我自己读书那会，买的电脑还是以台式机居多，平板显示器也是才刚刚流行、且价格较高，视频接口也是以VGA为主。不像现在，基本上视频接口都是以HDMI为主。和HDMI相比较，VGA简单、方便，十分合适用来学习应用。
1、VGA接口
开发板上的VGA部分，接口还是非常简单的。虽然接口有15个，但是其中5个是悬空（NC），5个是接地，真正有用的信号其实只有5个。这5个信号分别是红、绿、蓝、行同步、场同步。
2、FPGA和VGA的连接
FPGA和VGA直接的接口还需要通过上面这一层电路转换，才能输出红、绿、蓝。其中红色有5位，绿色有6位，蓝色有5位，所以可以表现的颜色总共有16位，也就是65536种颜色。0也是一种颜色。
3、VGA的视频时序
VGA视频时序，是我们编写verilog代码的关键。比如说一个1024*768分辨率、60帧每秒的视频流来说，真正VGA处理过的数据是1344*806，这其中还包括了（HSYNC、HBP、HFP，VSYNC、VBP、VFP），这些都是不显示的，所以显示的只是中间一部分内容。整个带宽的话，如果按照1344*806*60来算，大约是65M左右。所以，在fpga实现的过程当中，需要对原来的50M时钟进行倍频处理。
另外需要注意的是，HBP处于前侧，而HFP是处于后侧。同样，VBP处于上方，而VFP处于下方的位置。但是编写verilog的时候，需要从HFP、VFP开始算起，这是比较容易引起疑问的一个地方。
4、准备PLL倍频
倍频之前讨论过。这里只有几个地方需要注意下即可。1）输入时钟为50M，
2）取消复位和lock锁定，
3）只生成一个65M的输出时钟，
5、有了基础的pll，下面可以构建top层代码
module vga_test(
input clk,
input rst_n,
//vga output
output vga_out_hs, //vga horizontal synchronization
output vga_out_vs, //vga vertical synchronization
output[4:0] vga_out_r, //vga red
output[5:0] vga_out_g, //vga green
output[4:0] vga_out_b //vga blue
);
wire video_clk;
wire video_hs;
wire video_vs;
wire video_de;
wire[7:0] video_r;
wire[7:0] video_g;
wire[7:0] video_b;
assign vga_out_hs = video_hs;
assign vga_out_vs = video_vs;
assign vga_out_r = video_r[7:3]; //discard low bit data
assign vga_out_g = video_g[7:2]; //discard low bit data
assign vga_out_b = video_b[7:3]; //discard low bit data
//generate video pixel clock
video_pll video_pll_m0(
.inclk0(clk),
.c0(video_clk));
color_bar color_bar_m0(
.clk(video_clk),
.rst(~rst_n),
.hs(video_hs),
.vs(video_vs),
.de(video_de),
.rgb_r(video_r),
.rgb_g(video_g),
.rgb_b(video_b)
);
endmodule
top层代码比较简单，这里主要就是实例化video_pll和color_bar两个模块。video_pll刚才已经生成，下面就只需要谈谈color_bar。
6、关于color_bar.v代码
`include "video_define.v"
module color_bar(
input clk, //pixel clock
input rst, //reset signal high active
output hs, //horizontal synchronization
output vs, //vertical synchronization
output de, //video valid
output[7:0] rgb_r, //video red data
output[7:0] rgb_g, //video green data
output[7:0] rgb_b //video blue data
);
//video timing parameter definition
`ifdef VIDEO_1280_720
parameter H_ACTIVE = 16'd1280; //horizontal active time (pixels)
parameter H_FP = 16'd110; //horizontal front porch (pixels)
parameter H_SYNC = 16'd40; //horizontal sync time(pixels)
parameter H_BP = 16'd220; //horizontal back porch (pixels)
parameter V_ACTIVE = 16'd720; //vertical active Time (lines)
parameter V_FP = 16'd5; //vertical front porch (lines)
parameter V_SYNC = 16'd5; //vertical sync time (lines)
parameter V_BP = 16'd20; //vertical back porch (lines)
parameter HS_POL = 1'b1; //horizontal sync polarity, 1 : POSITIVE,0 : NEGATIVE;
parameter VS_POL = 1'b1; //vertical sync polarity, 1 : POSITIVE,0 : NEGATIVE;
`endif
//480x272 9Mhz
`ifdef VIDEO_480_272
parameter H_ACTIVE = 16'd480;
parameter H_FP = 16'd2;
parameter H_SYNC = 16'd41;
parameter H_BP = 16'd2;
parameter V_ACTIVE = 16'd272;
parameter V_FP = 16'd2;
parameter V_SYNC = 16'd10;
parameter V_BP = 16'd2;
parameter HS_POL = 1'b0;
parameter VS_POL = 1'b0;
`endif
//640x480 25.175Mhz
`ifdef VIDEO_640_480
parameter H_ACTIVE = 16'd640;
parameter H_FP = 16'd16;
parameter H_SYNC = 16'd96;
parameter H_BP = 16'd48;
parameter V_ACTIVE = 16'd480;
parameter V_FP = 16'd10;
parameter V_SYNC = 16'd2;
parameter V_BP = 16'd33;
parameter HS_POL = 1'b0;
parameter VS_POL = 1'b0;
`endif
//800x480 33Mhz
`ifdef VIDEO_800_480
parameter H_ACTIVE = 16'd800;
parameter H_FP = 16'd40;
parameter H_SYNC = 16'd128;
parameter H_BP = 16'd88;
parameter V_ACTIVE = 16'd480;
parameter V_FP = 16'd1;
parameter V_SYNC = 16'd3;
parameter V_BP = 16'd21;
parameter HS_POL = 1'b0;
parameter VS_POL = 1'b0;
`endif
//800x600 40Mhz
`ifdef VIDEO_800_600
parameter H_ACTIVE = 16'd800;
parameter H_FP = 16'd40;
parameter H_SYNC = 16'd128;
parameter H_BP = 16'd88;
parameter V_ACTIVE = 16'd600;
parameter V_FP = 16'd1;
parameter V_SYNC = 16'd4;
parameter V_BP = 16'd23;
parameter HS_POL = 1'b1;
parameter VS_POL = 1'b1;
`endif
//1024x768 65Mhz
`ifdef VIDEO_1024_768
parameter H_ACTIVE = 16'd1024;
parameter H_FP = 16'd24;
parameter H_SYNC = 16'd136;
parameter H_BP = 16'd160;
parameter V_ACTIVE = 16'd768;
parameter V_FP = 16'd3;
parameter V_SYNC = 16'd6;
parameter V_BP = 16'd29;
parameter HS_POL = 1'b0;
parameter VS_POL = 1'b0;
`endif
//1920x1080 148.5Mhz
`ifdef VIDEO_1920_1080
parameter H_ACTIVE = 16'd1920;
parameter H_FP = 16'd88;
parameter H_SYNC = 16'd44;
parameter H_BP = 16'd148;
parameter V_ACTIVE = 16'd1080;
parameter V_FP = 16'd4;
parameter V_SYNC = 16'd5;
parameter V_BP = 16'd36;
parameter HS_POL = 1'b1;
parameter VS_POL = 1'b1;
`endif
parameter H_TOTAL = H_ACTIVE + H_FP + H_SYNC + H_BP;//horizontal total time (pixels)
parameter V_TOTAL = V_ACTIVE + V_FP + V_SYNC + V_BP;//vertical total time (lines)
//define the RGB values for 8 colors
parameter WHITE_R = 8'hff;
parameter WHITE_G = 8'hff;
parameter WHITE_B = 8'hff;
parameter YELLOW_R = 8'hff;
parameter YELLOW_G = 8'hff;
parameter YELLOW_B = 8'h00;
parameter CYAN_R = 8'h00;
parameter CYAN_G = 8'hff;
parameter CYAN_B = 8'hff;
parameter GREEN_R = 8'h00;
parameter GREEN_G = 8'hff;
parameter GREEN_B = 8'h00;
parameter MAGENTA_R = 8'hff;
parameter MAGENTA_G = 8'h00;
parameter MAGENTA_B = 8'hff;
parameter RED_R = 8'hff;
parameter RED_G = 8'h00;
parameter RED_B = 8'h00;
parameter BLUE_R = 8'h00;
parameter BLUE_G = 8'h00;
parameter BLUE_B = 8'hff;
parameter BLACK_R = 8'h00;
parameter BLACK_G = 8'h00;
parameter BLACK_B = 8'h00;
reg hs_reg; //horizontal sync register
reg vs_reg; //vertical sync register
reg hs_reg_d0; //delay 1 clock of 'hs_reg'
reg vs_reg_d0; //delay 1 clock of 'vs_reg'
reg[11:0] h_cnt; //horizontal counter
reg[11:0] v_cnt; //vertical counter
reg[11:0] active_x; //video x position
reg[11:0] active_y; //video y position
reg[7:0] rgb_r_reg; //video red data register
reg[7:0] rgb_g_reg; //video green data register
reg[7:0] rgb_b_reg; //video blue data register
reg h_active; //horizontal video active
reg v_active; //vertical video active
wire video_active; //video active(horizontal active and vertical active)
reg video_active_d0; //delay 1 clock of video_active
assign hs = hs_reg_d0;
assign vs = vs_reg_d0;
assign video_active = h_active & v_active;
assign de = video_active_d0;
assign rgb_r = rgb_r_reg;
assign rgb_g = rgb_g_reg;
assign rgb_b = rgb_b_reg;
always@(posedge clk or posedge rst)
begin
if(rst == 1'b1)
begin
hs_reg_d0 <= 1'b0;
vs_reg_d0 <= 1'b0;
video_active_d0 <= 1'b0;
end
else
begin
hs_reg_d0 <= hs_reg;
vs_reg_d0 <= vs_reg;
video_active_d0 <= video_active;
end
end
always@(posedge clk or posedge rst)
begin
if(rst == 1'b1)
h_cnt <= 12'd0;
else if(h_cnt == H_TOTAL - 1)//horizontal counter maximum value
h_cnt <= 12'd0;
else
h_cnt <= h_cnt + 12'd1;
end
always@(posedge clk or posedge rst)
begin
if(rst == 1'b1)
active_x <= 12'd0;
else if(h_cnt >= H_FP + H_SYNC + H_BP - 1)//horizontal video active
active_x <= h_cnt - (H_FP[11:0] + H_SYNC[11:0] + H_BP[11:0] - 12'd1);
else
active_x <= active_x;
end
always@(posedge clk or posedge rst)
begin
if(rst == 1'b1)
v_cnt <= 12'd0;
else if(h_cnt == H_FP - 1)//horizontal sync time
if(v_cnt == V_TOTAL - 1)//vertical counter maximum value
v_cnt <= 12'd0;
else
v_cnt <= v_cnt + 12'd1;
else
v_cnt <= v_cnt;
end
always@(posedge clk or posedge rst)
begin
if(rst == 1'b1)
hs_reg <= 1'b0;
else if(h_cnt == H_FP - 1)//horizontal sync begin
hs_reg <= HS_POL;
else if(h_cnt == H_FP + H_SYNC - 1)//horizontal sync end
hs_reg <= ~hs_reg;
else
hs_reg <= hs_reg;
end
always@(posedge clk or posedge rst)
begin
if(rst == 1'b1)
h_active <= 1'b0;
else if(h_cnt == H_FP + H_SYNC + H_BP - 1)//horizontal active begin
h_active <= 1'b1;
else if(h_cnt == H_TOTAL - 1)//horizontal active end
h_active <= 1'b0;
else
h_active <= h_active;
end
always@(posedge clk or posedge rst)
begin
if(rst == 1'b1)
vs_reg <= 1'd0;
else if((v_cnt == V_FP - 1) && (h_cnt == H_FP - 1))//vertical sync begin
vs_reg <= HS_POL;
else if((v_cnt == V_FP + V_SYNC - 1) && (h_cnt == H_FP - 1))//vertical sync end
vs_reg <= ~vs_reg;
else
vs_reg <= vs_reg;
end
always@(posedge clk or posedge rst)
begin
if(rst == 1'b1)
v_active <= 1'd0;
else if((v_cnt == V_FP + V_SYNC + V_BP - 1) && (h_cnt == H_FP - 1))//vertical active begin
v_active <= 1'b1;
else if((v_cnt == V_TOTAL - 1) && (h_cnt == H_FP - 1)) //vertical active end
v_active <= 1'b0;
else
v_active <= v_active;
end
always@(posedge clk or posedge rst)
begin
if(rst == 1'b1)
begin
rgb_r_reg <= 8'h00;
rgb_g_reg <= 8'h00;
rgb_b_reg <= 8'h00;
end
else if(video_active)
if(active_x == 12'd0)
begin
rgb_r_reg <= WHITE_R;
rgb_g_reg <= WHITE_G;
rgb_b_reg <= WHITE_B;
end
else if(active_x == (H_ACTIVE/8) * 1)
begin
rgb_r_reg <= YELLOW_R;
rgb_g_reg <= YELLOW_G;
rgb_b_reg <= YELLOW_B;
end
else if(active_x == (H_ACTIVE/8) * 2)
begin
rgb_r_reg <= CYAN_R;
rgb_g_reg <= CYAN_G;
rgb_b_reg <= CYAN_B;
end
else if(active_x == (H_ACTIVE/8) * 3)
begin
rgb_r_reg <= GREEN_R;
rgb_g_reg <= GREEN_G;
rgb_b_reg <= GREEN_B;
end
else if(active_x == (H_ACTIVE/8) * 4)
begin
rgb_r_reg <= MAGENTA_R;
rgb_g_reg <= MAGENTA_G;
rgb_b_reg <= MAGENTA_B;
end
else if(active_x == (H_ACTIVE/8) * 5)
begin
rgb_r_reg <= RED_R;
rgb_g_reg <= RED_G;
rgb_b_reg <= RED_B;
end
else if(active_x == (H_ACTIVE/8) * 6)
begin
rgb_r_reg <= BLUE_R;
rgb_g_reg <= BLUE_G;
rgb_b_reg <= BLUE_B;
end
else if(active_x == (H_ACTIVE/8) * 7)
begin
rgb_r_reg <= BLACK_R;
rgb_g_reg <= BLACK_G;
rgb_b_reg <= BLACK_B;
end
else
begin
rgb_r_reg <= rgb_r_reg;
rgb_g_reg <= rgb_g_reg;
rgb_b_reg <= rgb_b_reg;
end
else
begin
rgb_r_reg <= 8'h00;
rgb_g_reg <= 8'h00;
rgb_b_reg <= 8'h00;
end
end
endmodule color_bar.v的内容比较多，但是真正有意义的部分还是在于hs_reg、vs_reg、rgb_r_reg、rgb_g_reg、rgb_b_reg的生成。因为它们和最终输出有关。代码中的一大部分内容属于配置部分，因为我们选用的是1024*768，所以相关参数如下所示。video_define.v也只是添加了一行`define VIDEO_1024_768而已。
//1024x768 65Mhz
`ifdef VIDEO_1024_768
parameter H_ACTIVE = 16'd1024;
parameter H_FP = 16'd24;
parameter H_SYNC = 16'd136;
parameter H_BP = 16'd160;
parameter V_ACTIVE = 16'd768;
parameter V_FP = 16'd3;
parameter V_SYNC = 16'd6;
parameter V_BP = 16'd29;
parameter HS_POL = 1'b0;
parameter VS_POL = 1'b0;
`endif有了这几行定义，相当于规定了VGA数据的范围。HS_POL和VS_POL代表了起始值。下面就可以看看其他寄存器的含义了。hs_reg_d0、vs_reg_d0主要是为了延迟一拍，因为rgb_r_reg、rgb_g_reg、rgb_b_reg其实也相当于延迟一拍输出的。h_cnt计算一行的数据总数，active_x计算当前行中有效数据索引，v_cnt计算总的行数，hs_reg输出行同步，h_active输出行数据有效，vs_reg输出场同步，v_active输出场数据有效，rgb_r_reg & rgb_g_reg & rgb_b_reg则输出最终的rgb数据。
另外在color_bar.v中，有一个信号de。这主要是为了后续bmp、camera做准备的，本次vga测试其实并没有用到。
7、pin脚信号的bind
8、实验
有了video_define.v、vga_test.v、color_bar.v和pll这几个文件，经过编译、综合之后就可以生成对应的sof文件。烧入到fpga开发板之后，不出意外，就可以看到这样的显示效果了，
