VHDL पर पाठ VGA मॉड्यूल

इस लेख में, मैं वीएचडीएल में लिखा एक वीजीए पाठ मॉड्यूल पेश करूंगा। बोर्ड को डिबग करते समय यह मॉड्यूल उपयोगी हो सकता है, और अपेक्षाकृत कम जगह लेता है।

सामान्य विशेषताएं

मॉड्यूल 50 मेगाहर्ट्ज की घड़ी आवृत्ति पर संचालित होता है।
यह 60Hz की आवृत्ति के साथ 640x480 के संकल्प के साथ एक तस्वीर का उत्पादन करता है।
चरित्र का आकार 8x16 पिक्सेल है। स्क्रीन में 80x25 अक्षर हैं।
पैलेट 32 रंगों के लिए।

FPGA में व्याप्त संसाधन:

कार्यान्वयन

मॉड्यूल के इंटरफ़ेस में क्लॉक जनरेटर (clk), वीजीए-कनेक्टर (आर, जी, बी, vsync, hsync) के आउटपुट और प्रोसेसर बस (एड्र, डेटा, इरो, डाउट) के आउटपुट शामिल हैं। मैंने जिस बोर्ड के साथ काम किया है, उसमें तीन टुकड़ों (प्रत्येक रंग के लिए एक) की मात्रा में 8-बिट डीएसी है, इसलिए मॉड्यूल से 8-बिट लाइनें रंगों में आती हैं। सबसे महत्वपूर्ण रंग का रंग लेते हुए, हमें DAC के बिना बोर्डों के लिए एक कार्यशील संस्करण मिलता है।

संस्था vga_text है
पोर्ट ( clk : STD_LOGIC में ;
iowr : STD_LOGIC में ;
addr : STD_LOGIC_VECTOR ( 31 डाउनो 0 ) ;
डेटा : STD_LOGIC_VECTOR में ( 31 डाउन्टो 0 ) ;
dout : std_logic_vector ( 31 डाउनटाउन 0 ) ;
r : बाहर STD_LOGIC_VECTOR ( 0 से नीचे 7 ) ;
g : बाहर STD_LOGIC_VECTOR ( 0 से नीचे 7 ) ;
b : STD_LOGIC_VECTOR ( 7 डाउनटाउन 0 ) ;
vga_blank : STD_LOGIC ;
vsync : बाहर STD_LOGIC ;
hsync : STD_LOGIC से बाहर ) ;
अंत vga_text ;

मॉनिटर को 3 सिंक सिग्नल और 3 कलर सिग्नल की आवश्यकता होती है। सिंक्रोनाइज़ेशन सिग्नल उत्पन्न करने के लिए, VCounter और HCounter काउंटरों का उपयोग किया जाता है। आरेख में दिखाए गए क्षणों में सिंक्रनाइज़ेशन सिग्नल जारी किए जाते हैं।

काउंटर कोड:

आर्किटेक्चर का व्यवहार Vga_text है

संकेत कुलपति : पूर्णांक सीमा 0 से 520 : = 0 ;
संकेत HCounter : पूर्णांक सीमा 0 से 800 : = 0 ;
संकेत div : std_logic : = ' 0 ' ;

शुरू करना

प्रक्रिया ( clk )
शुरू करना
अगर उठ रहा है तो ( clk ) तब
div <= नहीं ( div ) ;
अगर div = ' 1 ' तो
अगर HC मुठभेड़ = 799 तो
एचसीरिएर <= 0 ;
अगर कुलपति = 520 तो
कुलपति <= 0 ;
अन्यथा
वीसी एनकाउंटर <= वीकाउंटर + 1 ;
अंत यदि ;
अन्यथा
HCounter <= HCounter + 1 ;
अंत यदि ;
अंत यदि ;
अंत यदि ;
अंतिम प्रक्रिया ;

अंत व्यवहार ;

तुल्यकालन संकेतों की पीढ़ी:

vsync <= ' 0 ' जब VCounter < 2 और ' 1 ' ;
hsync <= ' 0 ' जब HCounter < 96 और ' 1 ' ;
vga_blank <= ' 1 ' जब ( ( HC मुठभेड़ ) 143 ) और ( HCounter < 784 ) और
( वीसी एनकाउंटर > 30 ) और ( वीसी एनकाउंटर < 511 ) ) ' 0 ' ;

एक वर्ण का आकार 8x16 पिक्सेल है। चरित्र सरणी में प्रत्येक 128 बिट्स के 256 सेल होंगे। प्रत्येक बिट जिम्मेदार है कि वर्तमान स्थिति में कोई बिंदु है या नहीं। मेमोरी सेल में बिंदुओं का स्थान:


FPGA में 1024x18 बिट (18432 बिट) का ब्लॉक मेमोरी कॉन्फ़िगरेशन है, जिस पर हम ध्यान केंद्रित करेंगे। सीएडी स्वचालित रूप से ऐसे मेमोरी ब्लॉकों का उपयोग करके लगभग किसी भी चयनित कॉन्फ़िगरेशन को लागू करता है। तो, चरित्र स्मृति के लिए आपको 256x128 बिट्स = 32768 बिट्स मेमोरी की आवश्यकता होती है, जो 2 मेमोरी ब्लॉक (BRAM) लेगी।
प्रतीक मेमोरी को डिजाइन के दौरान आरंभ किया जाता है और ऑपरेशन के दौरान बदला जा सकता है।

एक अन्य आवश्यक मेमोरी स्क्रीन (दृश्य क्षेत्र) मेमोरी है। इस मेमोरी में, हम प्रतीक संख्या, प्रतीक रंग और पृष्ठभूमि रंग को एनकोड करते हैं। रंग मेमोरी को बचाने के लिए, पैलेट में संख्या को एनकोड करें। 18 बिट्स के सेल के साथ मेमोरी के कॉन्फ़िगरेशन के आधार पर, हम प्रतीक संख्या को 8 बिट्स, प्रतीक रंग को 5 बिट्स और पृष्ठभूमि रंग को 5 बिट्स प्रदान करते हैं। पैलेट के तहत, 32 कोशिकाओं को 24 बिट्स (प्रत्येक रंग प्रति 8 बिट्स) आवंटित किए जाते हैं।


चरित्र के रिज़ॉल्यूशन और आकार के आधार पर, 80x30 वर्ण स्क्रीन पर फिट होते हैं। लेकिन यह मेमोरी में 2,400 सेल (3 मेमोरी ब्लॉक) लेता है। चूंकि, बहुत शुरुआत से, इस मॉड्यूल के न्यूनतम आकार का कार्य निर्धारित किया गया था, 5 निचला रेखाएं काट दी गई थीं। नतीजतन, हमें 80x25 प्रदर्शित वर्ण मिलते हैं, जो 2000 मेमोरी कोशिकाओं (2 मेमोरी ब्लॉक) पर कब्जा कर लेता है।

कोरगेनेरेटर में चरित्र स्मृति उत्पन्न होती है। मॉड्यूल से मेमोरी कनेक्शन निम्नानुसार है:

संकेत SAddrA : std_logic_vector ( 0 से 7 ) ;
संकेत SAddrRead, SAddrWrite : पूर्णांक सीमा 0 से 255 ;
संकेत SDataA, SDINA : std_logic_vector ( 127 डाउनटाउन 0 ) ;
संकेत SWeA : std_logic ;
- ...
घटक vga640_symbols
बंदरगाह (
addr : IN std_logic_VECTOR ( 7 downto 0 ) ;
clk : IN std_logic ;
दिन : std_logic_VECTOR में ( 127 डाउनटाउन 0 ) ;
dout : OUT std_logic_VECTOR ( 127 डाउनटाउन 0 ) ;
हम : std_logic में ) ;
अंतिम घटक ;
- ...
शुरू करना
- ...
vga640_symbols_0 : vga640_symbols
पोर्ट मैप (
addr => SAddrA,
clk => clk,
डाइन => न्यूसिम्बल,
dout => SDataA,
हम => स्वे
) ;
SWeA <= ' 1 ' जब ( isLowLevel = ' 1 ' ) और ( conv_integer ( addr ) = 337 और iowr = ' 1 ' ) बाकी ' 0 ' ;
SAddrA <= conv_std_logic_vector ( SAddrWrite, 8 ) जब ( isLowLevel = ' 1 ' ) और ( conv_integer ( addr ) = 337 और iowy = ' 1 ' ) और conv_std_logic_vector ( SAddrRead, 8 ) ;

स्क्रीन मेमोरी बॉयलरप्लेट कोड लिखकर बनाई गई है (हालांकि आप चरित्र मेमोरी के साथ भी ऐसा ही कर सकते हैं)।

प्रकार TSस्क्रीन std_logic_vector की सरणी ( 0 से 1999 ) है ( 0 से 0 ) ;
सिग्नल स्क्रीन : टीएसस्क्रीन ;
संकेत scrAddrA, scrAddrB : पूर्णांक सीमा 0 से 1999 ;
संकेत scrDataA, scrDataB, scrDinB : std_logic_vector ( 0 से 0 तक ) ;
संकेत scrWeB : std_logic ;
- ...
शुरू करना
- ...
प्रक्रिया ( clk )
शुरू करना
अगर उठ रहा है तो ( clk ) तब
अगर scrWeB = ' 1 ' है तो
स्क्रीन ( scrAddrB ) <= scrDinB ;
अंत यदि ;
scrDataA <= स्क्रीन ( scrAddrA ) ;
scrDataB <= स्क्रीन ( scrAddrB ) ;
अंत यदि ;
अंतिम प्रक्रिया ;

scrDinB <= scrDinBLowLevel जब isLowLevel = ' 1 ' और फिर scrDinBN असामान्य ;
scrWeb <= scrWeBLowLevel जब isLowLevel = ' 1 ' और अन्य
scrAddrB <= scrAddrBLowLevel जब isLowLevel = ' 1 ' और है ;

scrDinBLowLevel <= डेटा ( 0 से 17 ) ;
scrWeBLowLevel <= ' 1 ' जब ( conv_integer ( addr ) = 300 या conv_integer ( addr ) = 309 ) और iowr = ' 1 ' और ' 0 ' ;

scrAddrBNormal <= GotoY * 80 + GotoX ;
scrDiNBNormal <= BgColor & Color & data ( 7 downto 0 ) ;
scrWebNormal <= ' 1 ' जब conv_integer ( addr ) = 306 और iowr = ' 1 ' और ' 0 ' ;

पैलेट का रंग तालिका सेट करना भी आवश्यक है, जो निम्नानुसार है।

टाइप TColor std_logic_vector की सरणी ( 0 से 31 ) है ( 0 से 23 ) ;
सिग्नल पैलेटेलर : टीसीकलर : =
(
0 => x "000000" ,
1 => x "0000FF" ,
2 => x "00FF00" ,
3 => x "00FFFF" ,
4 => x "FF0000" ,
5 => x "FF00FF" ,
6 => x "FFFF00" ,
7 => x "FFFFFF" ,
अन्य => x "FFFFFF"
) ;
संकेत PalleteAddr : पूर्णांक सीमा 0 से 31 ;

सभी आवश्यक मेमोरी बनती है, अब आप स्क्रीन पर प्रदर्शन के लिए पिक्सेल की तैयारी को लागू करना शुरू कर सकते हैं।
वर्तमान FPGA डिजाइन रुझान पूरी तरह से तुल्यकालिक डिजाइन का मतलब है। हम इन रुझानों से नहीं हटेंगे, और हम अगले पिक्सेल को तैयार करने के लिए एक पाइपलाइन लागू करेंगे। इनपुट में HCount और VCount काउंटर होंगे जो स्क्रीन पर वर्तमान स्थिति को निर्धारित करते हैं, और आउटपुट पर पिक्सेल का रंग प्रदर्शित होगा।

कन्वेयर चरणों:

1. स्क्रैक्स की गणना, स्क्रैच सिग्नल जो स्क्रीन के दृश्य भाग में स्थिति निर्धारित करते हैं।
2. आवश्यक प्रतीक के साथ स्क्रीन मेमोरी में एक सेल को परिभाषित करने वाले संकेतों की गणना
   textX = scrX / 8
   textY = स्क्रि / १६
   एक चरित्र में आवश्यक पिक्सेल का निर्धारण संकेतों की गणना
   SymbolX = scrX mod 8 - 1
   प्रतीक = साफ़ करना mod 16
   जहाँ mod विभाजन का शेष भाग है।
3. संकेतों पर पतों की गणना X, Y।
4. वर्तमान चरित्र प्राप्त करना।
5. वर्तमान पिक्सेल और रंग गठन प्राप्त करना।

प्रक्रिया ( clk )
शुरू करना
अगर उठ रहा है तो ( clk ) तब
अगर div = ' 1 ' तो
- 1
scrX <= conv_std_logic_vector ( HC मुठभेड़ - 139 , 10 ) ;
scrY <= conv_std_logic_vector ( कुलपतियों - 70 , 10 ) ;

- २
textX <= conv_integer ( scrX ( 9 downto 3 ) ) ;
textY <= conv_integer ( scrY ( 9 downto 4 ) ) ;
प्रतीक <= scrX ( 2 डाउनो 0 ) - 1 ;
प्रतीक <= साफ़ ( 3 डाउनो 0 ) ;

- ३
scrAddrA <= textY * 80 + textX ;
प्रतीक चिह्न <= conv_integer ( प्रतीक ) * 8 + 7 - conv_integer ( प्रतीक ) ;

- 4
SAddrRead <= conv_integer ( scrDataA ( 7 downto 0 ) ) ;
scrData <= scrDataA ;

- 5
अगर ( वीसी मुठभेड़ > 69 ) और ( वीसी मुठभेड़ < 470 ) तब
यदि SDataA ( प्रतीक चिह्न ) = ' 1 ' तब
curColor <= PalleteColor ( conv_integer ( scrData ( 8 downto 8 ) ) ) ;
अन्यथा
curColor <= PalleteColor ( conv_integer ( scrData ( 13 downto 13 ) ) )) ;
अंत यदि ;
अन्यथा
curColor <= x "000000" ;
अंत यदि ;
अंत यदि ;
अंत यदि ;
अंतिम प्रक्रिया ;

b <= curColor ( 23 डाउनटाउन 16 ) जब ( vga_blank = ' 1 ' ) और "00000000" ;
g <= curColor ( 8 डाउन 15 ) जब ( vga_blank = ' 1 ' ) बाकी "00000000" ;
r <= curColor ( 7 downto 0 ) जब ( vga_blank = ' 1 ' ) बाकी "00000000" ;

हम इंटरफ़ेस के साथ बस के माध्यम से मॉड्यूल के साथ काम करेंगे

• Addr (32 बिट) - पता
• डेटा (32 बिट) - डेटा
• Iowr (1 बिट) - रिकॉर्ड (बाहर)
• Dout (32 बिट) - प्रतिक्रिया डेटा (INPORT)

बस उसी FPGA पर लागू एक किले प्रोसेसर द्वारा नियंत्रित किया जाता है। OUTPORT कमांड पर, Addr, Data लाइनें सेट की जाती हैं और Iowr लाइन "1" लाइन तक बढ़ जाती है। INPORT कमांड पर, प्रोसेसर Addr लाइन सेट करता है और Dout लाइन से डेटा एकत्र करता है।
एक बस के साथ काम करने का उदाहरण:

प्रक्रिया ( clk )
शुरू करना
अगर उठ रहा है तो ( clk ) तब
- X (GOTOX) की स्थिति के लिए कर्सर सेट करना
अगर conv_integer ( addr ) = 302 और iowr = ' 1 ' तो
अगर conv_integer ( डेटा ) > 79 तो
गोटोक्स <= 0 ;
अन्यथा
गोटोक्स <= conv_integer ( डेटा ) ;
अंत यदि ;
अंत यदि ;

- Y (GOTOY) स्थिति के लिए कर्सर सेट करना
अगर conv_integer ( addr ) = 303 और iowr = ' 1 ' तब
अगर conv_integer ( डेटा ) > 24 तब
गोटी <= 0 ;
अन्यथा
गोटी <= conv_integer ( डेटा ) ;
अंत यदि ;
अंत यदि ;
अंत यदि ;
अंतिम प्रक्रिया ;

उसी तरह, मॉड्यूल के साथ काम करने के लिए अधिकांश आदेशों को लागू किया जाता है।

मॉड्यूल की पूरी सूची यहां उपलब्ध है।
मॉड्यूल लिस्टिंग
चरित्र स्मृति को आरंभ करने के लिए

युपीडी:
मूल कार्य
300 - स्क्रीन मेमोरी से लिखना / पढ़ना
301 - स्क्रीन मेमोरी पर लिखने के लिए पता

302 - गाड़ी का X निर्देशांक सेट करें (GotoX)
303 - गाड़ी का समन्वय सेट करें (GotoY)
304 - सेट वर्ण रंग (सेट कलर)
305 - पृष्ठभूमि रंग सेट करें (SetBgColor)
306 - चरित्र आउटपुट और कैरिज मूवमेंट (EMIT)
307 - स्विचिंग मोड
1 - लोवेल मोड। प्रत्यक्ष स्मृति संचालन के लिए 300, 301 कार्य उपलब्ध हैं
0 - सामान्य मोड। फंक्शन 306 किसी वर्ण को दिए गए स्थान के साथ एक वर्ण सेट करने और गाड़ी को स्थानांतरित करने के लिए उपलब्ध है।
308 - सीआर
309 - VGA_SetData (A ++)

कर्सर विकल्प
310 - कर्सर पैरामीटर सेट करें।
0 बिट - कर्सर में कम बार
1 बिट - काला वर्ग
2 बिट - झिलमिलाहट
3 बिट - ऊर्ध्वाधर पट्टी
311 - कर्सर मापदंडों में बिट नंबर 0 स्थापित करना
...
314 - कर्सर मापदंडों में बिट नंबर 3 सेट करना

320 - कर्सर का रंग सेट करना
321 - कर्सर के ब्लिंकिंग समय की स्थापना
322 - जलते हुए कर्सर का समय निर्धारित करना

पैलेट के साथ काम करें
330 - रंग पैलेट का पता सेट करना
331 - निर्धारित पते पर रिकॉर्ड रंग

प्रतीक तालिका के साथ काम करें
335 - वर्ण तालिका में पता सेट करना
337 - निर्दिष्ट पते पर रिकॉर्ड NewSymbol
340 - न्यूसमबोल सिग्नल के न्यू 32 बिट्स सेट करना (न्यूसिंबोल (31: 0))
341 - न्यूसमबोल के अगले 32 बिट्स की स्थापना (63:32)
342 - न्यूसमबोल (95:64)
343 - न्यूस्मोबॉल (127: 96)

आपका ध्यान देने के लिए धन्यवाद।