例说FPGA连载55：VGA显示驱动之功能概述

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例说FPGA连载55：VGA显示驱动之功能概述

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VGA（Video Graphics Array）即视频图形阵列，是IBM在1987年随PS/2（PS/2 原是“Personal System 2”的意思，“个人系统2”，是IBM公司在1987年推出的一种个人电脑。PS/2电脑上使用的键盘鼠标接口就是现在的PS/2接口。因为标准不开放，PS/2电脑在市场中失败了。只有PS/2接口一直沿用到今天）一起推出的使用模拟信号的一种视频传输标准，在当时具有分辨率高、显示速率快、颜色丰富等优点，在彩色显示器领域得到了广泛的应用。这个标准对于现今的个人电脑市场已经十分过时。即使如此，VGA仍然是最多制造商所共同支持的一个标准，个人电脑在加载自己的独特驱动程序之前，都必须支持VGA的标准。例如，微软Windows系列产品的开机画面仍然使用VGA显示模式，这也说明其在显示标准中的重要性和兼容性。

VGA最早指的是显示器640X480这种显示模式。（而今天的VGA其实已经不仅仅局限于640X480这种分辨率了，通常情况下，各种各样适用于VGA接口传输的分辨率都可以统称为VGA。当然了，严格来讲，每个分辨率都会有自己的叫法，如800X600就称作SVGA。）VGA接口如图7.1所示。

图7.1 VGA接口

驱动VGA显示的接口，主要有以下3种信号：行同步信号HSYNC，场同步信号VSYNC和3条色彩电压传输信号（R、G、B分别对应）。色彩信号的电压为0~0.7V，其同步是靠前面两个信号来协助的。至于HSYNC和VSYNC和色彩信号之间以什么样的关系进行传输，这都是相对固定的，虽然VGA收发双方没有时钟信号做同步，但我们通常会约定发送方有一个基本的时钟，VSYNC、HSYNC和色彩信号都会按照这个时钟的节拍来确定状态。

VGA的接口时序如图7.2所示，场同步信号VSYNC在每帧（即送一次全屏的图像）开始的时候产生一个固定宽度的高脉冲，行同步信号HSYNC在每行开始的时候产生一个固定宽度的高脉冲，色彩数据在某些固定的行和列交汇处有效。

图7.2 VGA驱动基本时序

如前所述，我们通常以一个基准时钟驱动VGA信号的产生，用这个基准时钟为时间单位来产生的时序如图7.3所示。

图7.3 VGA接口行、场时序

对于一个刷新频率为60Hz，分辨率为640X480的标准VGA显示驱动，若它的基准驱动时钟为25MHz，它的计数脉冲参数如表7.1所示。注意列的单位为“行”，而行的单位为“基准时钟周期数”，即25MHz时钟脉冲数。

表7.1 VGA驱动时序参数表

行/列[size=10.5000pt]	同步脉冲[size=10.5000pt]	后沿脉冲[size=10.5000pt]	显示脉冲[size=10.5000pt]	前沿脉冲[size=10.5000pt]	帧长[size=10.5000pt]
[size=10.5000pt]列[size=10.5000pt]	[size=10.5000pt]2[size=10.5000pt]	33[size=10.5000pt]	480[size=10.5000pt]	10[size=10.5000pt]	525[size=10.5000pt]
[size=10.5000pt]行[size=10.5000pt]	96[size=10.5000pt]	48[size=10.5000pt]	640[size=10.5000pt]	16[size=10.5000pt]	800[size=10.5000pt]

对于一个刷新频率为72Hz，分辨率为800X600的SVGA显示驱动，若它的基准驱动时钟为50MHz，它的计数脉冲参数如表7.2所示。注意列的单位为“行”，而行的单位为“基准时钟周期数”，即50MHz时钟脉冲数。

表7.2 SVGA驱动时序参数表

行/列[size=10.5000pt]	同步脉冲[size=10.5000pt]	后沿脉冲[size=10.5000pt]	显示脉冲[size=10.5000pt]	前沿脉冲[size=10.5000pt]	帧长[size=10.5000pt]
[size=10.5000pt]列[size=10.5000pt]	[size=10.5000pt]6[size=10.5000pt]	23[size=10.5000pt]	600[size=10.5000pt]	37[size=10.5000pt]	666[size=10.5000pt]
[size=10.5000pt]行[size=10.5000pt]	120[size=10.5000pt]	64[size=10.5000pt]	800[size=10.5000pt]	56[size=10.5000pt]	1040[size=10.5000pt]

对于一个刷新频率为60Hz，分辨率为1024X768的显示驱动，若它的基准驱动时钟为65MHz，它的计数脉冲参数如表7.3所示。注意列的单位为“行”，而行的单位为“基准时钟周期数”，即65MHz时钟脉冲数。

表7.3 XGA驱动时序参数表

行/列[size=10.5000pt]	同步脉冲[size=10.5000pt]	后沿脉冲[size=10.5000pt]	显示脉冲[size=10.5000pt]	前沿脉冲[size=10.5000pt]	帧长[size=10.5000pt]
[size=10.5000pt]列[size=10.5000pt]	[size=10.5000pt]6[size=10.5000pt]	29[size=10.5000pt]	768[size=10.5000pt]	[size=10.5000pt]3[size=10.5000pt]	806[size=10.5000pt]
[size=10.5000pt]行[size=10.5000pt]	136[size=10.5000pt]	160[size=10.5000pt]	1024[size=10.5000pt]	24[size=10.5000pt]	1344[size=10.5000pt]

对于一个刷新频率为60Hz，分辨率为1280X960的显示驱动，若它的基准驱动时钟为108MHz，它的计数脉冲参数如表7.4所示。注意列的单位为“行”，而行的单位为“基准时钟周期数”，即108MHz时钟脉冲数。

表7.4 XVGA驱动时序参数表

行/列[size=10.5000pt]	同步脉冲[size=10.5000pt]	后沿脉冲[size=10.5000pt]	显示脉冲[size=10.5000pt]	前沿脉冲[size=10.5000pt]	帧长[size=10.5000pt]
[size=10.5000pt]列[size=10.5000pt]	[size=10.5000pt]3[size=10.5000pt]	36[size=10.5000pt]	960[size=10.5000pt]	[size=10.5000pt]1[size=10.5000pt]	1000[size=10.5000pt]
[size=10.5000pt]行[size=10.5000pt]	112[size=10.5000pt]	312[size=10.5000pt]	1280[size=10.5000pt]	96[size=10.5000pt]	1800[size=10.5000pt]

对于一个刷新频率为60Hz，分辨率为1280X1024的显示驱动，若它的基准驱动时钟为108MHz，它的计数脉冲参数如表7.5所示。注意列的单位为“行”，而行的单位为“基准时钟周期数”，即108MHz时钟脉冲数。

表7.5 SXGA驱动时序参数表

行/列[size=10.5000pt]	同步脉冲[size=10.5000pt]	后沿脉冲[size=10.5000pt]	显示脉冲[size=10.5000pt]	前沿脉冲[size=10.5000pt]	帧长[size=10.5000pt]
[size=10.5000pt]列[size=10.5000pt]	[size=10.5000pt]3[size=10.5000pt]	38[size=10.5000pt]	1024[size=10.5000pt]	[size=10.5000pt]1[size=10.5000pt]	1066[size=10.5000pt]
[size=10.5000pt]行[size=10.5000pt]	112[size=10.5000pt]	248[size=10.5000pt]	1280[size=10.5000pt]	48[size=10.5000pt]	1688[size=10.5000pt]

对于一个刷新频率为60Hz，分辨率为1920X1080的显示驱动，若它的基准驱动时钟为130MHz，它的计数脉冲参数如表7.6所示。注意列的单位为“行”，而行的单位为“基准时钟周期数”，即130MHz时钟脉冲数。

表7.6 HDTV驱动时序参数表

行/列[size=10.5000pt]	同步脉冲[size=10.5000pt]	后沿脉冲[size=10.5000pt]	显示脉冲[size=10.5000pt]	前沿脉冲[size=10.5000pt]	帧长[size=10.5000pt]
[size=10.5000pt]列[size=10.5000pt]	[size=10.5000pt]4[size=10.5000pt]	18[size=10.5000pt]	1080[size=10.5000pt]	[size=10.5000pt]3[size=10.5000pt]	1105[size=10.5000pt]
[size=10.5000pt]行[size=10.5000pt]	12[size=10.5000pt]	40[size=10.5000pt]	1920[size=10.5000pt]	28[size=10.5000pt]	2000[size=10.5000pt]

了解了VGA的基本驱动原理，我们还要回来看看实际驱动电路的工作原理。由于FPGA接口都是数字信号，无法直接输出VGA色彩信号所需的0-0.7V模拟电压，所以需要使用专门的DAC芯片进行转换。我们的SF-VGA子板就板载了一颗专用的3路DAC转换芯片ADV7123。

本实例连接VIP1核心板和SF-VGA子板进行实验。VGA驱动时序产生模块通过宏定义实现VGA /SVGA /720p /1080p多分辨率显示驱动，功能框图如图7.4所示。

图7.4 工程实例5功能框图