VGA顯示控制器模塊vga_generator.v(位于DemonstrationsFPGAHDMI_TXvpg_source路徑下)可生成符合DMT(Display Monitor Timing 顯示器時序)時序的視頻信號。該模塊的RTL Viewer視圖如下：

該模塊根據(jù)輸入的時序參數(shù)生成VGA的行同步信號(vga_hs)、場同步信號(vga_vs)、數(shù)據(jù)有效信號(vga_de)以及24位真彩色(RGB888)數(shù)據(jù)(vga_r, vga_g, vga_b)。本案例利用該模塊生成測試圖案(彩條顏色漸變和邊框)用于HDMI顯示驗證。

輸入信號

clk：像素時鐘PCLK輸入。

reset_n：低電平有效的異步復位信號。

h_total：一行像素的總數(shù)(包括消隱區(qū))。

h_sync：行同步脈沖的寬度(以像素數(shù)為單位)。

h_start：行有效數(shù)據(jù)開始的像素位置。h_end：行有效數(shù)據(jù)結(jié)束的像素位置。v_total：一幀的總行數(shù)(包括消隱區(qū))。

v_sync：場同步脈沖的寬度(以行為單位)。

v_start：場有效數(shù)據(jù)開始的行位置。

v_end：場有效數(shù)據(jù)結(jié)束的行位置。

v_active_14,v_active_24, v_active_34：將像素有效顯示區(qū)域分為4等分，每一部分顯示一種顏色。

輸出信號

vga_hs：行同步信號(低電平有效)。

vga_vs：場同步信號(低電平有效)。

vga_de：數(shù)據(jù)有效信號(高電平表示有效像素區(qū)域)。

vga_r,vga_g, vga_b：8位RGB顏色輸出。

關(guān)鍵內(nèi)部信號

h_count：水平像素計數(shù)器。

v_count：垂直行計數(shù)器。

pixel_x：當前行內(nèi)的像素索引(用于顏色生成)。

h_act,v_act：行和場的有效區(qū)域標志。

color_mode：顏色模式控制信號(4位，分別代表4種顏色區(qū)域)。

boarder：邊框標志(用于繪制白色邊框)。

邏輯代碼分析

1.水平控制邏輯(Horizontal Control)

水平控制信號對應(yīng)時序如下：

使用h_count計數(shù)像素位置，在達到h_total時歸零。

生成行同步信號vga_hs：當h_count >= h_sync且未到行末時，同步信號為高(同步脈沖結(jié)束)，否則為低(同步脈沖期間)。

控制行有效區(qū)域h_act：在h_start到h_end之間置位。

pixel_x在有效區(qū)域內(nèi)遞增，用于生成顏色漸變。

水平控制信號對應(yīng)的Signaltap 波形如圖，可見pixel_x信號比h_act信號延遲二拍。因為第 一拍h_act 變高，但 h_act_d 還是舊值(低電平);第二拍h_act 的高電平被鎖存到 h_act_d 中，此時 h_act_d 變高電平，于是第三拍時pixel_x 值可以從0變1。

2.垂直控制邏輯(Vertical Control)

垂直控制信號對應(yīng)時序如下：

在每行結(jié)束時(h_max為真)更新v_count。

生成場同步信號vga_vs：當v_count >= v_sync且未到幀末時，同步信號為高(同步脈沖結(jié)束)，否則為低。

控制場有效區(qū)域v_act：在v_start到v_end之間置位。

根據(jù)垂直位置設(shè)置color_mode：v_active_14、v_active_24、v_active_34將有效區(qū)域分為4部分，分別對應(yīng)不同的顏色模式。

Signaltap 波形如下：

3.圖像生成與數(shù)據(jù)有效(Pattern Generator and DE)

vga_de(數(shù)據(jù)有效)由pre_vga_de延遲一拍產(chǎn)生，pre_vga_de是h_act和v_act的邏輯與。

繪制白色邊框：當進入或退出有效區(qū)域時(行或場的邊界)，boarder置位，輸出白色(RGB=0xFF)。

在非邊框區(qū)域，根據(jù)color_mode輸出漸變顏色：

0001：由黑向紅色漸變(紅色分量隨pixel_x遞增)。

0010：由黑向綠色漸變。(綠色分量隨pixel_x遞增)。

0100：由黑向藍色漸變。(藍色分量隨pixel_x遞增)。

1000：由黑向白色漸變(三通道同時遞增)。

默認狀態(tài)：黑色(RGB=0x000000)。

Signaltap 波形如下：

DemonstrationsFPGAHDMI_TXvpg_sourcevpg.v模塊里面給出了各個分辨率參數(shù)：

以上代碼的這些參數(shù)數(shù)據(jù)參考1-DE10-Nano的HDMI方塊移動案例——顯示器時序(DMT)標準介紹 里面的顯示器時序中不同分辨率刷新率的參數(shù)章節(jié)的表格。以640x480@60 為例，根據(jù)表格參數(shù)可以畫出VGA有效顯示區(qū)域如下：

讀者可能覺得vpg.v模塊里面給出了各個分辨率參數(shù)跟表格的數(shù)據(jù)有不同，是因為時鐘節(jié)拍從0開始計數(shù)，所以每個數(shù)據(jù)都減一， 另外h_start提前 2 拍其實是全局時序補償，目標是抵消 “h_act信號到vga_de信號的總延遲(2 拍)，讓最終顯示位置對齊 VGA 標準。具體的計算請參考vpg.v模塊里面的注釋部分：