今天給大俠帶來基于FPGA的VGA/LCD顯示控制器設(shè)計(jì)，由于篇幅較長，分三篇。今天帶來第三篇，下篇，程序的仿真與測試以及總結(jié)，話不多說，上貨。

導(dǎo)讀

VGA (Video Graphics Array) 即視頻圖形陣列，是IBM于1987年隨PS/2機(jī)(PersonalSystem 2)一起推出的使用模擬信號的一種視頻傳輸標(biāo)準(zhǔn)。這個標(biāo)準(zhǔn)對于現(xiàn)今的個人電腦市場已經(jīng)十分過時。但在當(dāng)時具有分辨率高、顯示速率快、顏色豐富等優(yōu)點(diǎn)，在彩色顯示器領(lǐng)域取得了廣泛的應(yīng)用，是眾多制造商所共同支持的一個低標(biāo)準(zhǔn)。

LCD （ Liquid Crystal Display 的簡稱）液晶顯示器。LCD 的構(gòu)造是在兩片平行的玻璃基板當(dāng)中放置液晶盒，下基板玻璃上設(shè)置TFT（薄膜晶體管），上基板玻璃上設(shè)置彩色濾光片，通過TFT上的信號與電壓改變來控制液晶分子的轉(zhuǎn)動方向，從而達(dá)到控制每個像素點(diǎn)偏振光出射與否而達(dá)到顯示目的。按照背光源的不同，LCD可以分為CCFL顯示器和LED顯示器兩種。LCD已經(jīng)替代CRT成為主流，價格也已經(jīng)下降了很多，并已充分普及。

在之前的文章中介紹了如何獲取、處理攝像頭提供的視頻信號，在實(shí)際應(yīng)用中還需要將經(jīng)過處理的信號顯示在顯示器上。這個過程與信號處理中的過程上是相反的，將數(shù)字信號按照電視信號的制式組成合乎時序、格式要求的信號，并加入用于控制的各種同步信號。本篇將通過 FPGA實(shí)現(xiàn)一個 VGA/LCD 顯示控制器的實(shí)例，并詳細(xì)介紹實(shí)現(xiàn)過程。

第三篇內(nèi)容摘要：本篇會介紹程序的仿真與測試以及總結(jié)等相關(guān)內(nèi)容。

四、程序的仿真與測試

為了檢驗(yàn)程序是否實(shí)現(xiàn)預(yù)先設(shè)定的功能，需要編寫仿真程序。仿真程序的主要代碼如下：

module test;    //寄存器    reg clk;    reg rst;    //參數(shù)    parameter LINE_FIFO_AWIDTH = 7;    //wire 申明    wire int;    wire [31:0] wb_addr_o;    wire [31:0] wb_data_i;    wire [31:0] wb_data_o;    wire [3:0] wb_sel_o;    wire wb_we_o;    wire wb_stb_o;    wire wb_cyc_o;    wire [2:0] wb_cti_o;    wire [1:0] wb_bte_o;    wire wb_ack_i;    wire wb_err_i;    wire [31:0] wb_addr_i;    wire [31:0] wbm_data_i;    wire [3:0] wb_sel_i;    wire wb_we_i;    wire wb_stb_i;    wire wb_cyc_i;    wire wb_ack_o;    wire wb_rty_o;    wire wb_err_o;    reg pclk_i;    wire pclk;    wire hsync;    wire vsync;    wire csync;    wire blanc;    wire [7:0] red;    wire [7:0] green;    wire [7:0] blue;    wire dvi_pclk_p_o;    wire dvi_pclk_m_o;    wire dvi_hsync_o;    wire dvi_vsync_o;    wire dvi_de_o;    wire [11:0] dvi_d_o;    wire vga_stb_i;    wire clut_stb_i;    reg scen;        // 測試程序變量    integer wd_cnt;    integer error_cnt;        reg [31:0] data;    reg [31:0] pattern;    reg int_warn;        integer n;    integer mode;        reg [7:0] thsync, thgdel;    reg [15:0] thgate, thlen;    reg [7:0] tvsync, tvgdel;    reg [15:0] tvgate, tvlen;    reg hpol;    reg vpol;    reg cpol;    reg bpol;    integer p, l;    reg [31:0] pn;    reg [31:0] pra, paa, tmp;    reg [23:0] pd;    reg [1:0] cd;    reg pc;    reg [31:0] vbase;    reg [31:0] cbase;    reg [31:0] vbara;    reg [31:0] vbarb;    reg [7:0] bank;        // 常量定義    `define CTRL 32'h0000_0000    `define STAT 32'h0000_0004    `define HTIM 32'h0000_0008    `define VTIM 32'h0000_000c    `define HVLEN 32'h0000_0010    `define VBARA 32'h0000_0014    `define VBARB 32'h0000_0018    `define USE_VC 1    parameter PCLK_C = 20;        //測試內(nèi)容    initial        begin            $timeformat (-9, 1, " ns", 12);            $display("

");            $display("******************************************************");            $display("*VGA/LCD Controller Simulation started ... *");            $display("******************************************************");            $display("
");                `ifdef WAVES        $shm_open("waves");        $shm_probe("AS",test,"AS");        $display("INFO: Signal dump enabled ...

");      `endif        scen = 0;        error_cnt = 0;        clk = 0;        pclk_i = 0;        rst = 0;        int_warn=1;        repeat(20) @(posedge clk);        rst = 1;        repeat(20) @(posedge clk);            if(0)        begin                end    else    if(1)        begin            `ifdef VGA_12BIT_DVI        dvi_pd_test;    `endif            end    else        begin                // 測試區(qū)域    $display("

");    $display("*****************************************************");    $display("*** XXX Test ***");    $display("*****************************************************
");            s0.fill_mem(1);        repeat(10) @(posedge clk);        //參數(shù)設(shè)置        vbara = 32'h0000_0000;        vbarb = 32'h0001_0000;        m0.wb_wr1( `VBARA, 4'hf, vbara );        m0.wb_wr1( `VBARB, 4'hf, vbarb );        thsync = 0;        thgdel = 0;        thgate = 340;        thlen = 345;        tvsync = 0;        tvgdel = 0;        tvgate = 240;        tvlen = 245;                /*        thsync = 0;        thgdel = 0;        thgate = 63;        thlen = 70;        tvsync = 0;        tvgdel = 0;        tvgate = 32;        tvlen = 36;        */                hpol = 0;        vpol = 0;        cpol = 0;        bpol = 0;        m0.wb_wr1( `HTIM, 4'hf, {thsync, thgdel, thgate} );        m0.wb_wr1( `VTIM, 4'hf, {tvsync, tvgdel, tvgate} );        m0.wb_wr1( `HVLEN, 4'hf, {thlen, tvlen} );
    mode = 2;
    for(bank=0;bank<3;bank=bank + 1)        begin            case(mode)            0:            begin                cd = 2'h2;                pc = 1'b0;            end                        1:            begin                cd = 2'h0;                pc = 1'b0;            end                        2:            begin                cd = 2'h0;                pc = 1'b1;            end                        3:            begin                cd = 2'h1;                pc = 1'b0;            end                    endcase        m0.wb_wr1( `CTRL, 4'hf, {        16'h0, // Reserved        bpol, cpol,        vpol, hpol,        pc, // 1'b0, // PC        cd, // 2'h2, // CD        2'h0, // VBL        1'b0, // Reserved        1'b1, // CBSWE        1'b1, // VBSWE        1'b0, // BSIE        1'b0, // HIE        1'b0, // VIE        1'b1 // Video Enable      });          $display("Mode: %0d Screen: %0d", mode, bank);    //repeat(2) @(posedge vsync);    @(posedge vsync);        // 每一行數(shù)據(jù)    for(l=0;l    // For each Pixel    for(p=0;p        begin            while(blanc) @(posedge pclk);                        if(bank[0]) vbase = vbarb[31:2];            else vbase = vbara[31:2];            if(bank[0]) cbase = 32'h0000_0c00;            else cbase = 32'h0000_0800;                        // 各種顯示模式            //像素數(shù)目 = 行數(shù)* (thgate + 1) + p            pn = l * (thgate + 1) + p;                        case(mode)                0: // 24 位模式                begin                    pra = pn[31:2] * 3;                    paa = pra + vbase; // 像素決定地址                                // 像素數(shù)據(jù)                case(pn[1:0])                    0:                    begin                        tmp = s0.mem[paa];                        pd = tmp[31:8];                    end                    1:                        begin                            tmp = s0.mem[paa];                            pd[23:16] = tmp[7:0];                            tmp = s0.mem[paa+1];                            pd[15:0] = tmp[31:16];                        end                    2:                        begin                            tmp = s0.mem[paa+1];                            pd[23:8] = tmp[15:0];                            tmp = s0.mem[paa+2];                            pd[7:0] = tmp[31:24];                        end                    3:                    begin                        tmp = s0.mem[paa+2];                        pd = tmp[23:0];                    end                endcase            end                        1: // 8 位灰度模式                begin                    pra = pn[31:2]; // 像素相對地址                    paa = pra + vbase; // 像素絕對地址                    case(pn[1:0])                        0:                            begin                                tmp = s0.mem[paa];                                pd = { tmp[31:24], tmp[31:24], tmp[31:24] };                            end                        1:                            begin                                tmp = s0.mem[paa];                                pd = { tmp[23:16], tmp[23:16], tmp[23:16] };                            end                        2:                            begin                                tmp = s0.mem[paa];                                pd = { tmp[15:8], tmp[15:8], tmp[15:8] };                            end                        3:                            begin                                tmp = s0.mem[paa];                                pd = { tmp[7:0], tmp[7:0], tmp[7:0] };                            end                    endcase                end            2: // 8 位偽彩色模式                begin                    pra = pn[31:2]; //像素相對地址                    paa = pra + vbase; //像素絕對地址                    case(pn[1:0])                        0:                            begin                                tmp = s0.mem[paa];                                tmp = s0.mem[cbase[31:2] + tmp[31:24]];                                pd = tmp[23:0];                            end                        1:                            begin                                tmp = s0.mem[paa];                                tmp = s0.mem[cbase[31:2] + tmp[23:16]];                                pd = tmp[23:0];                            end                        2:                            begin                                tmp = s0.mem[paa];                                tmp = s0.mem[cbase[31:2] + tmp[15:8]];                                pd = tmp[23:0];                            end                        3:                            begin                                tmp = s0.mem[paa];                                tmp = s0.mem[cbase[31:2] + tmp[7:0]];                                pd = tmp[23:0];                            end                    endcase                end                          3: // 16 位模式              begin                  pra = pn[31:1]; //像素相對地址                  paa = pra + vbase; //像素絕對地址                  case(pn[0])                      0:                          begin                              tmp = s0.mem[paa];                              tmp[15:0] = tmp[31:16];                              pd = {tmp[15:11], 3'h0, tmp[10:5], 2'h0, tmp[4:0], 3'h0};                          end                      1:                          begin                              tmp = s0.mem[paa];                              pd = {tmp[15:11], 3'h0, tmp[10:5], 2'h0, tmp[4:0], 3'h0};                          end                  endcase              end      endcase      if(pd !== {red, green, blue} )          begin              $display("ERROR: Pixel Data Mismatch: Expected: %h, Got: %h %h %h",              pd, red, green, blue);              $display(" pixel=%0d, line=%0d, (%0t)",p,l,$time);              error_cnt = error_cnt + 1;          end                    @(posedge pclk);      end  end       show_errors;  $display("*****************************************************");  $display("*** Test DONE ... ***");  $display("*****************************************************

");   end        repeat(10) @(posedge clk);      $finish;  end    //同步監(jiān)視    `ifdef VGA_12BIT_DVI    sync_check #(PCLK_C*2) ucheck(    `else    sync_check #(PCLK_C) ucheck(    `endif        .pclk( pclk ),        .rst( rst ),        .enable( scen ),        .hsync( hsync ),        .vsync( vsync ),        .csync( csync ),        .blanc( blanc ),        .hpol( hpol ),        .vpol( vpol ),        .cpol( cpol ),        .bpol( bpol ),        .thsync( thsync ),        .thgdel( thgdel ),        .thgate( thgate ),        .thlen( thlen ),        .tvsync( tvsync ),        .tvgdel( tvgdel ),        .tvgate( tvgate ),        .tvlen( tvlen ) );            // 視頻數(shù)據(jù)監(jiān)視    wb_b3_check u_wb_check (        .clk_i ( clk ),        .cyc_i ( wb_cyc_o ),        .stb_i ( wb_stb_o ),        .cti_i ( wb_cti_o ),        .bte_i ( wb_bte_o ),        .we_i ( wb_we_o ),        .ack_i ( wb_ack_i ),        .err_i ( wb_err_i ),        .rty_i ( 1'b0 ) );
    //看門狗計(jì)數(shù)器    always @(posedge clk)        if(wb_cyc_i | wb_cyc_o | wb_ack_i | wb_ack_o | hsync)            wd_cnt <= #1 0;        else            wd_cnt <= #1 wd_cnt + 1;                always @(wd_cnt)        if(wd_cnt>9000)            begin                $display("

*************************************
");                $display("ERROR: Watch Dog Counter Expired
");                $display("*************************************


");                $finish;            end                always @(posedge int)        if(int_warn)            begin                $display("

*************************************
");                $display("WARNING: Recieved Interrupt (%0t)", $time);                $display("*************************************


");            end        always #2.5 clk = ~clk;    always #(PCLK_C/2) pclk_i = ~pclk_i;        //模塊原型    vga_enh_top #(1'b0, LINE_FIFO_AWIDTH) u0 (        .wb_clk_i ( clk ),        .wb_rst_i ( 1'b0 ),        .rst_i ( rst ),        .wb_inta_o ( int ),        //從信號        .wbs_adr_i ( wb_addr_i[11:0] ),        .wbs_dat_i ( wb_data_i ),        .wbs_dat_o ( wb_data_o ),        .wbs_sel_i ( wb_sel_i ),        .wbs_we_i ( wb_we_i ),        .wbs_stb_i ( wb_stb_i ),        .wbs_cyc_i ( wb_cyc_i ),        .wbs_ack_o ( wb_ack_o ),        .wbs_rty_o ( wb_rty_o ),        .wbs_err_o ( wb_err_o ),        //主信號        .wbm_adr_o ( wb_addr_o[31:0] ),        .wbm_dat_i ( wbm_data_i ),        .wbm_sel_o ( wb_sel_o ),        .wbm_we_o ( wb_we_o ),        .wbm_stb_o ( wb_stb_o ),        .wbm_cyc_o ( wb_cyc_o ),        .wbm_cti_o ( wb_cti_o ),        .wbm_bte_o ( wb_bte_o ),        .wbm_ack_i ( wb_ack_i ),        .wbm_err_i ( wb_err_i ),        //VGA 信號        .clk_p_i ( pclk_i ),    `ifdef VGA_12BIT_DVI        .dvi_pclk_p_o ( dvi_pclk_p_o ),        .dvi_pclk_m_o ( dvi_pclk_m_o ),        .dvi_hsync_o ( dvi_hsync_o ),        .dvi_vsync_o ( dvi_vsync_o ),        .dvi_de_o ( dvi_de_o ),        .dvi_d_o ( dvi_d_o ),    `endif        .clk_p_o ( pclk ),        .hsync_pad_o ( hsync ),        .vsync_pad_o ( vsync ),        .csync_pad_o ( csync ),        .blank_pad_o ( blanc ),        .r_pad_o ( red ),        .g_pad_o ( green ),        .b_pad_o ( blue )    );        wb_mast m0( .clk( clk ),            .rst( rst ),            .adr( wb_addr_i ),            .din( wb_data_o ),            .dout( wb_data_i ),            .cyc( wb_cyc_i ),            .stb( wb_stb_i ),            .sel( wb_sel_i ),            .we( wb_we_i ),            .ack( wb_ack_o ),            .err( wb_err_o ),            .rty( 1'b0 )        );        wb_slv #(24) s0(.clk( clk ),            .rst( rst ),            .adr( {1'b0, wb_addr_o[30:0]} ),            .din( 32'h0 ),            .dout( wbm_data_i ),            .cyc( wb_cyc_o ),            .stb( wb_stb_o ),            .sel( wb_sel_o ),            .we( wb_we_o ),            .ack( wb_ack_i ),            .err( wb_err_i ),            .rty( )        );        `include "tests.v"    endmodule

五、總結(jié)

本篇介紹了一個 VGA/LCD 顯示控制器的實(shí)例。首先介紹了 VGA/LCD 顯示的相關(guān)知識，然后介紹了程序的主要結(jié)構(gòu)和主要功能模塊的實(shí)現(xiàn)過程。最后用一個測試程序驗(yàn)證程序的功能是否滿足要求。本章為各位大俠設(shè)計(jì)自己的 VGA/LCD 顯示控制器提供了一個可以使用的方案。

審核編輯 ：李倩