今天給大俠帶來基于FPGA的VGA/LCD顯示控制器設計，由于篇幅較長，分三篇。今天帶來第三篇，下篇，程序的仿真與測試以及總結，話不多說，上貨。

導讀

VGA (Video Graphics Array) 即視頻圖形陣列，是IBM于1987年隨PS/2機(PersonalSystem 2)一起推出的使用模擬信號的一種視頻傳輸標準。這個標準對于現今的個人電腦市場已經十分過時。但在當時具有分辨率高、顯示速率快、顏色豐富等優點，在彩色顯示器領域取得了廣泛的應用，是眾多制造商所共同支持的一個低標準。

LCD （ Liquid Crystal Display 的簡稱）液晶顯示器。LCD 的構造是在兩片平行的玻璃基板當中放置液晶盒，下基板玻璃上設置TFT（薄膜晶體管），上基板玻璃上設置彩色濾光片，通過TFT上的信號與電壓改變來控制液晶分子的轉動方向，從而達到控制每個像素點偏振光出射與否而達到顯示目的。按照背光源的不同，LCD可以分為CCFL顯示器和LED顯示器兩種。LCD已經替代CRT成為主流，價格也已經下降了很多，并已充分普及。

在之前的文章中介紹了如何獲取、處理攝像頭提供的視頻信號，在實際應用中還需要將經過處理的信號顯示在顯示器上。這個過程與信號處理中的過程上是相反的，將數字信號按照電視信號的制式組成合乎時序、格式要求的信號，并加入用于控制的各種同步信號。本篇將通過 FPGA實現一個 VGA/LCD 顯示控制器的實例，并詳細介紹實現過程。

第三篇內容摘要：本篇會介紹程序的仿真與測試以及總結等相關內容。

四、程序的仿真與測試

為了檢驗程序是否實現預先設定的功能，需要編寫仿真程序。仿真程序的主要代碼如下：

复制module test;复制    //寄存器复制    reg clk;复制    reg rst;复制    //參數复制    parameter LINE_FIFO_AWIDTH = 7;复制    //wire 申明复制    wire int;复制    wire [31:0] wb_addr_o;复制    wire [31:0] wb_data_i;复制    wire [31:0] wb_data_o;复制    wire [3:0] wb_sel_o;复制    wire wb_we_o;复制    wire wb_stb_o;复制    wire wb_cyc_o;复制    wire [2:0] wb_cti_o;复制    wire [1:0] wb_bte_o;复制    wire wb_ack_i;复制    wire wb_err_i;复制    wire [31:0] wb_addr_i;复制    wire [31:0] wbm_data_i;复制    wire [3:0] wb_sel_i;复制    wire wb_we_i;复制    wire wb_stb_i;复制    wire wb_cyc_i;复制    wire wb_ack_o;复制    wire wb_rty_o;复制    wire wb_err_o;复制    reg pclk_i;复制    wire pclk;复制    wire hsync;复制    wire vsync;复制    wire csync;复制    wire blanc;复制    wire [7:0] red;复制    wire [7:0] green;复制    wire [7:0] blue;复制    wire dvi_pclk_p_o;复制    wire dvi_pclk_m_o;复制    wire dvi_hsync_o;复制    wire dvi_vsync_o;复制    wire dvi_de_o;复制    wire [11:0] dvi_d_o;复制    wire vga_stb_i;复制    wire clut_stb_i;复制    reg scen;复制    复制    // 測試程序變量复制    integer wd_cnt;复制    integer error_cnt;复制    复制    reg [31:0] data;复制    reg [31:0] pattern;复制    reg int_warn;复制    复制    integer n;复制    integer mode;复制    复制    reg [7:0] thsync, thgdel;复制    reg [15:0] thgate, thlen;复制    reg [7:0] tvsync, tvgdel;复制    reg [15:0] tvgate, tvlen;复制    reg hpol;复制    reg vpol;复制    reg cpol;复制    reg bpol;复制    integer p, l;复制    reg [31:0] pn;复制    reg [31:0] pra, paa, tmp;复制    reg [23:0] pd;复制    reg [1:0] cd;复制    reg pc;复制    reg [31:0] vbase;复制    reg [31:0] cbase;复制    reg [31:0] vbara;复制    reg [31:0] vbarb;复制    reg [7:0] bank;复制    复制    // 常量定義复制    `define CTRL 32'h0000_0000复制    `define STAT 32'h0000_0004复制    `define HTIM 32'h0000_0008复制    `define VTIM 32'h0000_000c复制    `define HVLEN 32'h0000_0010复制    `define VBARA 32'h0000_0014复制    `define VBARB 32'h0000_0018复制    `define USE_VC 1复制    parameter PCLK_C = 20;复制    复制    //測試內容复制    initial复制        begin复制            $timeformat (-9, 1, " ns", 12);复制            $display("

");复制            $display("******************************************************");复制            $display("*VGA/LCD Controller Simulation started ... *");复制            $display("******************************************************");复制            $display("
");复制            复制    `ifdef WAVES复制        $shm_open("waves");复制        $shm_probe("AS",test,"AS");复制        $display("INFO: Signal dump enabled ...

");复制  复制    `endif复制        scen = 0;复制        error_cnt = 0;复制        clk = 0;复制        pclk_i = 0;复制        rst = 0;复制        int_warn=1;复制        repeat(20) @(posedge clk);复制        rst = 1;复制        repeat(20) @(posedge clk);复制        复制    if(0)复制        begin复制        复制        end复制    else复制    if(1)复制        begin复制        复制    `ifdef VGA_12BIT_DVI复制        dvi_pd_test;复制    `endif复制    复制        end复制    else复制        begin复制        复制        // 測試區域复制    $display("

");复制    $display("*****************************************************");复制    $display("*** XXX Test ***");复制    $display("*****************************************************
");复制    复制        s0.fill_mem(1);复制        repeat(10) @(posedge clk);复制        //參數設置复制        vbara = 32'h0000_0000;复制        vbarb = 32'h0001_0000;复制        m0.wb_wr1( `VBARA, 4'hf, vbara );复制        m0.wb_wr1( `VBARB, 4'hf, vbarb );复制        thsync = 0;复制        thgdel = 0;复制        thgate = 340;复制        thlen = 345;复制        tvsync = 0;复制        tvgdel = 0;复制        tvgate = 240;复制        tvlen = 245;复制        复制        /*复制        thsync = 0;复制        thgdel = 0;复制        thgate = 63;复制        thlen = 70;复制        tvsync = 0;复制        tvgdel = 0;复制        tvgate = 32;复制        tvlen = 36;复制        */复制        复制        hpol = 0;复制        vpol = 0;复制        cpol = 0;复制        bpol = 0;复制        m0.wb_wr1( `HTIM, 4'hf, {thsync, thgdel, thgate} );复制        m0.wb_wr1( `VTIM, 4'hf, {tvsync, tvgdel, tvgate} );复制        m0.wb_wr1( `HVLEN, 4'hf, {thlen, tvlen} );
复制    mode = 2;
复制    for(bank=0;bank<3;bank=bank + 1)复制        begin复制            case(mode)复制            0:复制            begin复制                cd = 2'h2;复制                pc = 1'b0;复制            end复制            复制            1:复制            begin复制                cd = 2'h0;复制                pc = 1'b0;复制            end复制            复制            2:复制            begin复制                cd = 2'h0;复制                pc = 1'b1;复制            end复制            复制            3:复制            begin复制                cd = 2'h1;复制                pc = 1'b0;复制            end复制            复制        endcase复制    复制    m0.wb_wr1( `CTRL, 4'hf, {复制        16'h0, // Reserved复制        bpol, cpol,复制        vpol, hpol,复制        pc, // 1'b0, // PC复制        cd, // 2'h2, // CD复制        2'h0, // VBL复制        1'b0, // Reserved复制        1'b1, // CBSWE复制        1'b1, // VBSWE复制        1'b0, // BSIE复制        1'b0, // HIE复制        1'b0, // VIE复制        1'b1 // Video Enable复制      });复制      复制    $display("Mode: %0d Screen: %0d", mode, bank);复制    //repeat(2) @(posedge vsync);复制    @(posedge vsync);复制    复制    // 每一行數據复制    for(l=0;l复制    // For each Pixel复制    for(p=0;p复制        begin复制            while(blanc) @(posedge pclk);复制            复制            if(bank[0]) vbase = vbarb[31:2];复制            else vbase = vbara[31:2];复制            if(bank[0]) cbase = 32'h0000_0c00;复制            else cbase = 32'h0000_0800;复制            复制            // 各種顯示模式复制            //像素數目 = 行數* (thgate + 1) + p复制            pn = l * (thgate + 1) + p;复制            复制            case(mode)复制                0: // 24 位模式复制                begin复制                    pra = pn[31:2] * 3;复制                    paa = pra + vbase; // 像素決定地址复制                复制                // 像素數據复制                case(pn[1:0])复制                    0:复制                    begin复制                        tmp = s0.mem[paa];复制                        pd = tmp[31:8];复制                    end复制                    1:复制                        begin复制                            tmp = s0.mem[paa];复制                            pd[23:16] = tmp[7:0];复制                            tmp = s0.mem[paa+1];复制                            pd[15:0] = tmp[31:16];复制                        end复制                    2:复制                        begin复制                            tmp = s0.mem[paa+1];复制                            pd[23:8] = tmp[15:0];复制                            tmp = s0.mem[paa+2];复制                            pd[7:0] = tmp[31:24];复制                        end复制                    3:复制                    begin复制                        tmp = s0.mem[paa+2];复制                        pd = tmp[23:0];复制                    end复制                endcase复制            end复制            复制            1: // 8 位灰度模式复制                begin复制                    pra = pn[31:2]; // 像素相對地址复制                    paa = pra + vbase; // 像素絕對地址复制                    case(pn[1:0])复制                        0:复制                            begin复制                                tmp = s0.mem[paa];复制                                pd = { tmp[31:24], tmp[31:24], tmp[31:24] };复制                            end复制                        1:复制                            begin复制                                tmp = s0.mem[paa];复制                                pd = { tmp[23:16], tmp[23:16], tmp[23:16] };复制                            end复制                        2:复制                            begin复制                                tmp = s0.mem[paa];复制                                pd = { tmp[15:8], tmp[15:8], tmp[15:8] };复制                            end复制                        3:复制                            begin复制                                tmp = s0.mem[paa];复制                                pd = { tmp[7:0], tmp[7:0], tmp[7:0] };复制                            end复制                    endcase复制                end复制            2: // 8 位偽彩色模式复制                begin复制                    pra = pn[31:2]; //像素相對地址复制                    paa = pra + vbase; //像素絕對地址复制                    case(pn[1:0])复制                        0:复制                            begin复制                                tmp = s0.mem[paa];复制                                tmp = s0.mem[cbase[31:2] + tmp[31:24]];复制                                pd = tmp[23:0];复制                            end复制                        1:复制                            begin复制                                tmp = s0.mem[paa];复制                                tmp = s0.mem[cbase[31:2] + tmp[23:16]];复制                                pd = tmp[23:0];复制                            end复制                        2:复制                            begin复制                                tmp = s0.mem[paa];复制                                tmp = s0.mem[cbase[31:2] + tmp[15:8]];复制                                pd = tmp[23:0];复制                            end复制                        3:复制                            begin复制                                tmp = s0.mem[paa];复制                                tmp = s0.mem[cbase[31:2] + tmp[7:0]];复制                                pd = tmp[23:0];复制                            end复制                    endcase复制                end复制                复制          3: // 16 位模式复制              begin复制                  pra = pn[31:1]; //像素相對地址复制                  paa = pra + vbase; //像素絕對地址复制                  case(pn[0])复制                      0:复制                          begin复制                              tmp = s0.mem[paa];复制                              tmp[15:0] = tmp[31:16];复制                              pd = {tmp[15:11], 3'h0, tmp[10:5], 2'h0, tmp[4:0], 3'h0};复制                          end复制                      1:复制                          begin复制                              tmp = s0.mem[paa];复制                              pd = {tmp[15:11], 3'h0, tmp[10:5], 2'h0, tmp[4:0], 3'h0};复制                          end复制                  endcase复制              end复制      endcase复制复制      if(pd !== {red, green, blue} )复制          begin复制              $display("ERROR: Pixel Data Mismatch: Expected: %h, Got: %h %h %h",复制              pd, red, green, blue);复制              $display(" pixel=%0d, line=%0d, (%0t)",p,l,$time);复制              error_cnt = error_cnt + 1;复制          end复制          复制          @(posedge pclk);复制      end复制  end   复制  复制  show_errors;复制  $display("*****************************************************");复制  $display("*** Test DONE ... ***");复制  $display("*****************************************************

"); 复制  end  复制      repeat(10) @(posedge clk);复制      $finish;复制  end复制  复制  //同步監視复制    `ifdef VGA_12BIT_DVI复制    sync_check #(PCLK_C*2) ucheck(复制    `else复制    sync_check #(PCLK_C) ucheck(复制    `endif复制        .pclk( pclk ),复制        .rst( rst ),复制        .enable( scen ),复制        .hsync( hsync ),复制        .vsync( vsync ),复制        .csync( csync ),复制        .blanc( blanc ),复制        .hpol( hpol ),复制        .vpol( vpol ),复制        .cpol( cpol ),复制        .bpol( bpol ),复制        .thsync( thsync ),复制        .thgdel( thgdel ),复制        .thgate( thgate ),复制        .thlen( thlen ),复制        .tvsync( tvsync ),复制        .tvgdel( tvgdel ),复制        .tvgate( tvgate ),复制        .tvlen( tvlen ) );复制        复制    // 視頻數據監視复制    wb_b3_check u_wb_check (复制        .clk_i ( clk ),复制        .cyc_i ( wb_cyc_o ),复制        .stb_i ( wb_stb_o ),复制        .cti_i ( wb_cti_o ),复制        .bte_i ( wb_bte_o ),复制        .we_i ( wb_we_o ),复制        .ack_i ( wb_ack_i ),复制        .err_i ( wb_err_i ),复制        .rty_i ( 1'b0 ) );
复制    //看門狗計數器复制    always @(posedge clk)复制        if(wb_cyc_i | wb_cyc_o | wb_ack_i | wb_ack_o | hsync)复制            wd_cnt <= #1 0;复制        else复制            wd_cnt <= #1 wd_cnt + 1;复制            复制    always @(wd_cnt)复制        if(wd_cnt>9000)复制            begin复制                $display("

*************************************
");复制                $display("ERROR: Watch Dog Counter Expired
");复制                $display("*************************************


");复制                $finish;复制            end复制            复制    always @(posedge int)复制        if(int_warn)复制            begin复制                $display("

*************************************
");复制                $display("WARNING: Recieved Interrupt (%0t)", $time);复制                $display("*************************************


");复制            end复制    复制    always #2.5 clk = ~clk;复制    always #(PCLK_C/2) pclk_i = ~pclk_i;复制    复制    //模塊原型复制    vga_enh_top #(1'b0, LINE_FIFO_AWIDTH) u0 (复制        .wb_clk_i ( clk ),复制        .wb_rst_i ( 1'b0 ),复制        .rst_i ( rst ),复制        .wb_inta_o ( int ),复制        //從信號复制        .wbs_adr_i ( wb_addr_i[11:0] ),复制        .wbs_dat_i ( wb_data_i ),复制        .wbs_dat_o ( wb_data_o ),复制        .wbs_sel_i ( wb_sel_i ),复制        .wbs_we_i ( wb_we_i ),复制        .wbs_stb_i ( wb_stb_i ),复制        .wbs_cyc_i ( wb_cyc_i ),复制        .wbs_ack_o ( wb_ack_o ),复制        .wbs_rty_o ( wb_rty_o ),复制        .wbs_err_o ( wb_err_o ),复制        //主信號复制        .wbm_adr_o ( wb_addr_o[31:0] ),复制        .wbm_dat_i ( wbm_data_i ),复制        .wbm_sel_o ( wb_sel_o ),复制        .wbm_we_o ( wb_we_o ),复制        .wbm_stb_o ( wb_stb_o ),复制        .wbm_cyc_o ( wb_cyc_o ),复制        .wbm_cti_o ( wb_cti_o ),复制        .wbm_bte_o ( wb_bte_o ),复制        .wbm_ack_i ( wb_ack_i ),复制        .wbm_err_i ( wb_err_i ),复制        //VGA 信號复制        .clk_p_i ( pclk_i ),复制    `ifdef VGA_12BIT_DVI复制        .dvi_pclk_p_o ( dvi_pclk_p_o ),复制        .dvi_pclk_m_o ( dvi_pclk_m_o ),复制        .dvi_hsync_o ( dvi_hsync_o ),复制        .dvi_vsync_o ( dvi_vsync_o ),复制        .dvi_de_o ( dvi_de_o ),复制        .dvi_d_o ( dvi_d_o ),复制    `endif复制        .clk_p_o ( pclk ),复制        .hsync_pad_o ( hsync ),复制        .vsync_pad_o ( vsync ),复制        .csync_pad_o ( csync ),复制        .blank_pad_o ( blanc ),复制        .r_pad_o ( red ),复制        .g_pad_o ( green ),复制        .b_pad_o ( blue )复制    );复制    复制    wb_mast m0( .clk( clk ),复制            .rst( rst ),复制            .adr( wb_addr_i ),复制            .din( wb_data_o ),复制            .dout( wb_data_i ),复制            .cyc( wb_cyc_i ),复制            .stb( wb_stb_i ),复制            .sel( wb_sel_i ),复制            .we( wb_we_i ),复制            .ack( wb_ack_o ),复制            .err( wb_err_o ),复制            .rty( 1'b0 )复制        );复制    复制    wb_slv #(24) s0(.clk( clk ),复制            .rst( rst ),复制            .adr( {1'b0, wb_addr_o[30:0]} ),复制            .din( 32'h0 ),复制            .dout( wbm_data_i ),复制            .cyc( wb_cyc_o ),复制            .stb( wb_stb_o ),复制            .sel( wb_sel_o ),复制            .we( wb_we_o ),复制            .ack( wb_ack_i ),复制            .err( wb_err_i ),复制            .rty( )复制        );复制    复制    `include "tests.v"复制    复制endmodule

五、總結

本篇介紹了一個 VGA/LCD 顯示控制器的實例。首先介紹了 VGA/LCD 顯示的相關知識，然后介紹了程序的主要結構和主要功能模塊的實現過程。最后用一個測試程序驗證程序的功能是否滿足要求。本章為各位大俠設計自己的 VGA/LCD 顯示控制器提供了一個可以使用的方案。

審核編輯 ：李倩