基于Xilinx artix 7的FPGA高级应用（一）：VGA图像显示（原理篇）

许久没有更新文章，最近天气太热了都无心写代码了有些烦。FPGA基础教学过段时间我会继续写，今天另开一坑：FPGA的高级应用，给大家讲讲串口配置、通信协议、CPU设计这方面的FPGA应用场景，代码完全开源且已经上机实验可以使用，请大家放心观看。

FPGA高级应用（一） VGA图像显示
这一节讲原理，下一节分享代码。

VGA接口是现在流行的显示屏接口之一，懂得驱动VGA接口无疑就掌握了驱动显示的方法之一。它本质上是一个数字转模拟器件，能够把数字信号转化为显示器需要的模拟信号，从而显示图像。

如图所示，VGA接口有着众多的引脚。在一般的产品中，4、9、11、12
15引脚都可以不接。而6、7、8、10都可以接到同一个GND上。我们最关心的是1-3和13、14五个信号。

其中1-3号引脚是红绿蓝基色，它充当着调配颜色的作用，每个引脚通过不同的模拟输入可以获得不同强度的基色，例如1号，通过不同大小的模拟输入，可以获得强度不同的红色。

另外的13、14引脚是非常重要的行、场同步信号，它负责扫描屏幕上的每一个点，将颜色填充进去。

所以接下来我们分为颜色调配和屏幕扫描两个部分来介绍VGA的驱动。

一、颜色调配

在VGA技术形成的早期，也对应地出现了配置颜色的芯片，而如今得益于FPGA的强大功能，我们只需给1-3号引脚搭配简单的电阻网络就可以实现数模转换，如图：

这是我们的FPGA开发板上给1号红基色引脚配置的电阻网络，可以看到，5个输入二进制数将红色强度分为了32种。
我们在调配颜色的时候，只需用一个五位的寄存器变量来控制红基色的强度就可以了，非常方便简单。

二、屏幕扫描

如图，VGA的扫描方式是水平+垂直配合，遍历屏幕上的每个点，而它的数据时序分为“行”和“场”。

总的时序顺序是，场同步信号负责垂直遍历屏幕，在场同步显示时间内，列同步信号负责遍历每一行的像素点。假如设水平为x，垂直为y。那么时序顺序就是从x=1到x=该行最大数据位置然后使得y+1，x此时清零并重新开始计数，直到x，y同时达到最大数据位置。

每个数据时序周期由4个部分组成。首先是同步信号VSYNC/HSYNC（分别代表场同步信号和行同步信号）；其次是显示时间，也就是屏幕上真正显示图像的时间active video time；最后，在每个active video time的前后分别有一个front porch（前沿）和一个back porch（后沿）。

在通用的VGA标准中我们规定了几种刷新频率和扫描时间，在具体设计的时候同步信号必须按照下表里的来：

这一节就先到这儿了，下一节会给大家分享代码，谢谢观看！