来历：微核算机信息，作者：王恒心，熊庆国，王鑫，陈礼敏
VGA（视频图形阵列Video Graphics Array）是IBM在1987年随PS／2机一同推出的一种视频传输规范，具有分辨率高、显现速率快、色彩丰厚等长处，在五颜六色显现器范畴得到了广泛的运用。
现在 VGA技能的运用还首要依据 VGA显现卡的，而在一些既要求显现五颜六色高分辨率图画又不运用核算机的设备上，VGA技能的运用却很少。本文对依据 FPGA/CPLD的嵌入式 VGA显现的完结办法进行了研讨。
依据 FPGA/CPLD的嵌入式 VGA显现体系，能够在不运用 VGA显现卡的情况下完结 VGA图画的显现和操控。该体系具有本钱低、结构简略、运用灵敏的长处。
1 依据 FPGA/CPLD的嵌入式VGA显现体系简介
通用 VGA显现卡体系首要由操控电路、显现缓存区和视频 BIOS程序三个部分组成。其操控电路首要完结时序发生、显现缓冲区数据操作等功用；显现缓冲区供给显现数据缓存空间；视频BIOS作为操控程序固化在显现卡的 ROM中。在依据FPGA/CPLD的嵌入式VGA显现体系的规划中，能够运用很少的资源，就发生 VGA各种操控信号，到达显现五颜六色高分辨率图画的要求，而不需用 VGA显现卡和核算机设备。图 1是依据 FPGA/CPLD的嵌入式 VGA显现体系的结构框图，图中FPGA选用的是Altera公司Cyclone II系列的EP2C35F672C这款 FPGA.Cyclone II器材选用 90nm、低 K值电介质工艺，经过使硅片面积最小化，能够在单芯片上支撑杂乱的数字体系。EP2C35F672C该芯片供给了 33216个逻辑单元 ，包含了嵌入式 18*18位乘法器、专用外部存储器接口电路、 4KB嵌入式存储器材、4个锁相环和高速差分 I/O等功用。该芯片的作业频率和引脚 IO等资源都能很好的满意本体系的要求.FPGA的作业时钟为 54MHz。
VGA接口芯片选用了 ADV7125，该芯片是美国 ADI公司出产的高速视频数模转化芯片，其像素扫描时钟频率有 50MHz、140 MHz、270 MHz、330MHz四个等级。ADV7125在单芯片上整合了三组 8位高速 D／A转化器，能够别离处理红、绿、蓝视频数据，特别适用于高分辨率模仿接口的显现终端和要求高速 D／A转化的运用体系。 ADV7125的输入及操控信号非常简略：3组 8位的数字视频数据输入端，别离对应 RGB视频数据，数据输入端选用规范 TTL电平接口；4条视频操控信号线包含复合同步信号 SYNC、消隐信号 BLANK、白电平参阅信号 REF WHITE和像素时钟信号 CLOCK；外接一个 1.23 V数模转化参阅电压源和 1个输出满度调理。只要 4条输出信号线：模仿 RGB信号选用高阻电流源输出办法，能够直接驱动 75Ω同轴传输线。
2、模块区分与模块功用界说
FPGA中包含了四个作业模块： VGA时序发生器模块、VGA图画显现调色板模块、数据存储器和数据读写操控器。因为 ADV7125内部没有色彩的转化器 ，所以当数据存储器中的数据为 YUV信号时，就要把 YUV信号转化成 RGB信号，这一功用便是由 VGA图画显现调色板模块完结的，当显现数据为 RGB信号时，数据能够直接传输到 ADV7125，不需调色板进行色彩转化。数据存储器和数据读写操控器处理了显现数据的来历和数据的存储。用 FPGA对图画进行存储和收拾，并发生驱动电路需求的各种操控波形由视频操控器对色彩缓冲器进行扫描，其间视频操控器能够读取像素色彩，用这些色彩来操控输出设备的亮度。
VGA时序发生器模块发生显现器所需的时序，这是完结规划的要害，时序稍有误差，显现必定不正常，甚至会损坏五颜六色显现器。
3、 VGA时序剖析
显现器选用光栅扫描办法，即炮击荧光屏的电子束在 CRT（阴极射线管）屏幕上从左到右（受水平同步信号 HSYNC操控）、从上到下（受笔直同步信号 VSYNC操控）做有规则的移动。光栅扫描又分逐行扫描和隔行扫描。隔行扫描指电子束在扫描时每隔一行扫一线，完结一屏后再返回来扫描剩余的线，与电视机的原理相同。隔行扫描的显现器扫描闪耀的比较凶猛，会让运用者的眼睛疲惫。现在微机所用显现器简直都是逐行扫描。逐行扫描是指扫描从屏幕左上角一点开端，从左向右逐点进行扫描，每扫描完一行，电子束回到屏幕的左面下一行的开端方位，在这期间，CRT对电子束进行消隐，每行完毕时，用行同步信号进行行同步；当扫描完一切行，构成一帧时，用场同步信号进行场同步，并使扫描回到屏幕的左上方，一起进行行场消隐，开端下一帧的扫描。
完结一行扫描所需时刻称为水平扫描时刻，其倒数称为行频率；完结一帧（整屏）扫描所需的时刻称为笔直扫描时刻，其倒数为笔直扫描频率，又称改写频率，即改写一屏的频率。常见的有 60Hz、75Hz等。
VGA显现器要正确显现图画要害仍是怎么完结 VGA时序。视频电子规范协会（ VESA， Video Electronics Standards Association）对显现器时序进行了规范。 VGA的规范参阅显现时序如图 2、图 3所示。行时序和场时序都需求发生同步脉冲（Sync a）、显现后沿 （Back porch b）、显现时序段（Display interval c）和显现前沿 （Front porch d）四个部分。 VGA工业规范显现方法要求：行同步、场同步都为负极性，即同步头脉冲要求是负脉冲。
VGA的行时序如图 2所示：每一行都有一个负极性行同步脉冲（ Sync a），是数据行的完毕标志，一起也是下一行的开端标志。在同步脉冲之后为显现后沿 （Back porch b），在显现时序段（Display interval c）显现器为亮的进程，RGB数据驱动一行上的每一个象素点，然后显现一行。在一行的最后为显现后沿（Back porch b）。在显现时序段（ Display interval c）之外没有图画投射到屏幕时刺进消隐信号。同步脉冲（Sync a）、显现后沿（Back porch b）和显现前沿（Front porch d）都是内行消隐间隔内（ Horizontal Blanking Interval），当行消隐有用时， RGB 信号无效，屏幕不显现数据。
VGA的场时序与 VGA的行时序根本相同，如图 3所示，每一帧的负极性帧同步脉冲（Sync a）是一帧的完毕标志，一起也是下一帧的开端标志。而显现数据是一帧的一切行数据。
几种常用的时序参数如表 1和表2 所示，首要，依据显现器的功能挑选一种适宜的VGA方法，然后由象素时钟频率和图画分辨率核算出行总周期数，再把表 1和表 2中给出的 a、 b、c、d各时序段的时刻依照象素计数脉冲源频率折算成时钟周期数。在 FPGA/CPLD顶用计数器和触发器，以核算出的各时序段时钟周期数为基准，发生不同宽度和周期的脉冲信号，再利用它们的逻辑组合构成图 2和图 3中的 a、b、c、d各时序段以及 ADV7125的空白信号 BLANK和同步信号 SYNC。
一个示例便是 60Hz时 1280×1024分辨率显现的 VESA规范，在 60Hz时，屏幕每
16.67毫秒更新一次。这个规范拟定了帧巨细，用它来界说分辨率和回扫次数之间的联系。关于分辨率巨细为 1280×1024来说，帧的巨细为 1688×1066，这个巨细与像素时钟（Pixel Clock）有关，所谓像素时钟便是对像素的改写频率。像素时钟为 1688×1066×60Hz 或许 108 兆 Hz（MHz）时，每个像素的改写频率也便是大约 9.26纳秒，那么行频就为 60×1066＝63960 行/秒，也便是用显现器的帧率乘以扫描线数量。能够用帧巨细得到纵向回扫次数，为了得到纵向同步长度（Sync Length），能够从纵向帧巨细减去纵向分辨率，也便是 1066－1024＝42。这样，纵向回扫花费的时刻和在屏幕上绘出 42 条线的时刻相同，关于纵向回扫来说需求的时刻为 42×1688×9.26 纳秒（656 微秒）。
在显现时序段（ Display interval c），数据读写操控器从数据缓存区读取像素色彩，用这些色彩来操控输出设备（显现器）的亮度。一帧图画就准确的显现到 VGA显现器上。
4、 VGA显现器在雷达图画显现中的运用
开端，雷达显现器到重要作用，在于使雷达接收机到数据以一种可视的方法表现出来。操作员能够简单而准确地检测方针的呈现，提取方针的方位信息。跟着数字信号处理和数字数据处理的前进，越来越多的检测和信息提取过用电子办法主动完结，因而操作员的使命越来越少。现在雷达显现器更像电视监视器或核算机显现器，能够显现完好的接连场景。
雷达获取的信息是径向圆扫描办法属极坐标办法，所以前期船用雷达显现器是一种平面方位显现器，用极坐标表明，选用径向圆扫描办法，在这种扫描办法中，荧光屏上扫描线线径向扫描的数率取决于量程的巨细。扫描线选转的速度取决于天线的转速。物标回波的亮度取决于回波视频的信号的起伏。物标回涉及各种符号视频在屏上只能是天线每转一圈才干亮一下，在整个平面上亮度不均，且量程小，回波亮度越低，简单丢掉小方针。准确保存物标间隔信息非常牵强。方针分辨力差，在屏上画其他符号非常费事、困难，且符号量有限。
跟着VGA显现器广泛运用，VGA显现器也开端运用在雷达显现上，但VGA显现起的扫描办法是从左到右到扫描和从上到下的帧扫，归于直角坐标的办法，而雷达获取的信息是径向圆扫描办法属极坐标办法，所以要完结雷达数据的 VGA显现首要要将雷达的极坐标信息转化成直角坐标信息存入存储器，再以直角扫描的办法从存储器中读出并显现出来。
VGA显现器能够将来自其他传感器得信息 ，例如其他雷达 ：空中交通管制雷达应对体系 （ATCRBS） 、军用敌我辨认 （IFF） 、低亮度 TV、前视红外 （FLIR），防止磕碰体系或来自民用或军用数据链的信息 ，都能组合到显现器上 。除已处理雷达视频和原始视频外 ，雷达观测的区域地图及文字数字信息和图形也能添加到 VGA显现器上。。
5、总结
VGA显现器在雷达运用中的长处与平面方位显现器比较，VGA显现器的在雷达图画显现上有了更大优势：
1）克服了平面方位显现器整个平面上亮度不均的缺陷。完结了高亮度显现
2）防止显现器的图画的闪耀现象，
3）便于五颜六色显现
4）便于选用核算机显现终端技能
5）降低了本钱，提高了可靠性
本文作者的立异点：在本规划中选用了 1280*1024的高分辨率显现 ，克服了前期低分辨率 VGA显现器雷达图画割裂和定位精度低的缺陷 。
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