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拼接屏体系中VGA矩阵的运用作用与原理


VGA是IBM于1987年提出的一个运用模拟信号的电脑显现规范,VGA最早指的是显现器640X480这种显现办法,VGA的英文全称是Video Graphic Array,也叫显现绘图阵列。 VGA技能的运用还首要依据VGA显现卡的核算机、笔记本等设备,而在一些既要求显现五颜六色高分辨率图画又没有必要使用核算机的设备上,VGA技能的运用却很少见到。本文对嵌入式VGA显现的完成办法进行了研讨。

依据这种规划办法的嵌入式VGA显现体系,可以在不运用VGA显现卡和核算机的情况下,完成VGA图画的显现和操控。体系具有本钱低、结构简略、运用灵敏的长处,可广泛运用于超市、车站、飞机场等公共场所的广告宣传和提示信息显现,也可运用于工厂车间出产进程中的操作信息显现,还能以多媒体办法运用于日常日子。

在VGA显现时,要考虑怎么完成显存数据更新与显现的同步进行。处理的计划有以下几种:

1、选用一组SRAM作为显存,可以简化体系规划、降低本钱。这时可以考虑运用行时序和帧时序中SRAM总线闲暇的时序段,在不封闭图画显现的情况下完成显存SRAM的数据更新。该办法的更新率与数据写速度密切相关,显存的写数据速度越快,该办法的更新率就越高。

假定CPU的作业时钟最大为60MHz,并选用JPEG解码更新办法。这时假如将解码缓存区别配在CPU片内内存,则更新数据时直接由内存向 SRAM写数据,一次需求0.17μs;假如将解码缓存区别配在片外空间,则更新数据CPU要先从片外读数据,再向SRAM写数据,这样写一次需求 0.25μs。在相邻显现的两帧图画只存在部分不同或更新文本显现信息时,可运用部分数据更新办法,以进步更新率。表2给出了显现每帧图画包含的总线闲暇时刻,以及在不同解码缓存区别配办法下图画悉数更新和10%部分更新的帧率。这儿说到的帧率是指对显存数据的更新速度,而不是指图画的屏幕改写率,它对改写率没有影响。

依据以上计划规划的嵌入式VGA显现体系在只要体系操控板和CRT显现器的情况下完成了嵌入式高分辨率VGA显现。

2、运用FPAG/CPLD和SDRAM结构双口SRAM。这种办法实时性好,本钱较低,时序操控比较杂乱,它是 完成高功能低本钱要求的最佳计划。

3、选用两组SRAM进行乒乓作业办法,一组SRAM用于显现的一起,另一组SRAM用于图画数据的更新,然后在两组SRAM之间切换。这样做会进步一些本钱,并且需求更杂乱的总线操控。

4、选用具有缓存作用的双口RAM,这种办法运用的器材数量多、功耗大、本钱高,根本不可取。


一、单元功用解说

1、数据源及其接口

要进步VGA显现的功率,就要不断更新数据,一起还要确保实时性,因而需求十分高的接口速度。VGA显现卡虽可到达100Mbps的数据更新速度,可是一般设备、特别是嵌入式设备达不到这么高的速度,并且大多数情况下也不需求这么高的数据更新率。现在常用接口为EPP接口、USB接口、 TCP/IP、RS232C/485等。其间TCP/IP、EPP接口和USB接口是依据核算机的,速度较快;TCP/IP、RS232C/485是依据网络通信的接口,其间RS485速度虽慢,但运用广泛且简单完成长途操控。


2、显现数据缓存区

VGA显现要求显存速度快、容量大。读速度要到达65MHz以上,存储容量至少要2MB。可选用高速SRAM或SDRAM作为显现数据缓存。

3、数模转化器DAC


VGA显现对数模转化DAC有如下要求:一是高速转化,转化的速度应该在80MHz或以上;二是同步性好,能确保 R、G、B三路信号的同步性;三是有相应的精度。可挑选一种包含3路8位高速D/A的专用视频芯片。

3、操控器

VGA显现有多种办法,需求经过操控器完成办法间切换,还需求对显现的内容进行接纳、处理和显现。所以操控器的功能越高,数据更新和显现作用就越好。

在数据源为低速接口时,可以考虑选用 Flash或许SM存储卡等预先存储一些常用的图画显现数据和字库文件,在更新数据时直接运用这些数据,然后加速显现缓存的更新速度。这样既能满意高分辨率图画的显现,又能满意文字信息数据的快速更新。刚时为了存储更多的图画,可以先存储JPEG格局图画,再由操控器解码成BMP位图图画后送到显现缓存显现,这样就相对扩展了Flash的存储空间。一起,因为图画的解码速度要大大快于数据源接口的速度,也就相应进步了显现缓存的数据更新速度。

二、VGA的原理描绘


1、数据宽度和格局

假如VGA显现真五颜六色BMP图画,则要R、G、B三个重量各8位,即24位表明一个像素值,许多情况下还选用32位表明一个像素值。为了节约显存的存储空间,可选用高五颜六色图画,即每个像素值由16位表明,R、G、B三个重量别离运用5位、6位、5位,比真五颜六色图画数据量削减一半,一起又能满意显现作用。

2、读SRAM地址的发生办法

主时钟作为像素点计数脉冲信号,一起供给显存SRAM的读信号和D/A转化时钟,它所驱动的计数器的输出端作为读SRAM的低位地址。行同步信号作为行数计数脉冲信号,它所驱动的计数器的输出端作为读SRAM的高位地址。因为选用两片SRAM,所以最高位地址作为SRAM的片选运用。因为信号经过CPLD内部逻辑器材时存在必定的时刻延迟,在CPLD发生地址和读信号读取数据时,读信号、地址信号和数据信号不能满意SRAM读数据的时序要求。可以运用硬件电路对读信号进行必定的时序调整,使各信号之间可以满意读SRAM和为DAC输入数据的时序要求。

3、VGA时序完成

首要,依据改写频率确认主时钟频率,然后由主时钟频率和图画分辨率核算出行总周期数,再把表1中给出的a、b、c、d各时序段的时刻按照主计数脉冲源频率折算成时钟周期数。在CPLD中运用计数器和RS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,再运用它们的逻辑组合构成图2中的a、b、c、d各时序段以及D/A转化器的空白信号BLANK和同步信号SYNC。

4、VGA时序剖析

经过对VGA显现卡根本作业原理的剖析可知,要完成VGA显现就要处理数据来历、数据存储、时序完成等问题,其间要害仍是怎么完成VGA时序。 VGA的规范参阅显现时序如图2所示。行时序和帧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。几种常用办法的时序参数如表1所示。

经过对嵌入式VGA显现体系的规划剖析和实践运用,得到如下定论:


1、功能、本钱和杂乱度要归纳考虑,要以体系的实践需求为方针,选用合理而有用的规划计划。

2、在一般情况下,因为数据接口的约束,数据更新率不能到达核算机的水平。经过一些特别规划,仍是可以满意大多数嵌入式VGA的需求。

3、VGA显现时序要求较严厉,时序中的前后沿及同步脉冲宽度都要按照严厉的参阅数据设置。

4、因为VGA显现是一个高速进程,所以挑选器材时要挑选高速器材。

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