使用FPGA控制VGA显示

显示器因为其输出信息量大，输出形式多样等特点已经成为现在大多数设计的常用输出设备。在 FPGA 的设计中可以使用很少的资源，就产生 VGA 各种控制信号。这个示例在 RHicSP2200B FPGA 开发板/学习板上使用 VGA 接口在显示器上显示了文字以及简单的图形，可以作为VGA 显示设计的参考，如果在使用这个例子的过程中有任何问题都可以通过 邮件 calvin_richic@yahoo.com.cn联系作者。

显示器术语

像素与分辨率

显示器的显示方式有两种 ： A/N（Alphabet/Number：字符/数字）显示方式 和 APA（All Point Addressable：全点寻址） 显示方式，即文本显示方式和图形显示方 式。A/N 方式已淘汰不用，目前微机都采用 APA 图形方式。

显示器上输出的一切信息，包括数值、 文字、表格、图象、动画等等，都是由光点（即像素）构成的。组成屏幕显示画面的最小单位是像素，像素之间的最小距离为点距（Pitch）。点距越小像素密度越大，画面越 清晰。显示器的点距有 0.31mm、0.28mm、0.24mm、0.22mm 等多种。

分辨率指整屏显示的像素的多少，是衡量显示器的一个常用指标。这同屏幕尺寸及点距密切相关，可用屏幕实际显示的尺寸与 点距相除来近似求得。点距为 0.28mm 的 15 英寸显示器，分辨率最高为 1024×768。

显示器尺寸

显示器屏幕尺寸以对角线来度量，常用的显示器有 14、15、17、19、21 英寸等。 显示器水平方向长度与垂直方向高度之比 一般为 4：3。

扫描频率

显示器采用光栅扫描方式，即轰击荧光屏的电子束在 CRT 屏幕上从左到右（受水 平同步信号 HSYNC 控制）、从上到下（受 垂直同步信号 VSYNC 控制）做有规律的移动。光栅扫描又分逐行扫描和隔行扫描。电子束采用光栅扫描方式，从屏幕左上角一点 开始，向右逐点进行扫描，形成一条水平线；到达最右端后，又回到下一条水平线的左 端，重复上面的过程；当电子束完成右下角一点的扫描后，形成一帧。此后，电子束又回到左上方起点，开始下一帧的扫描。这种 方法也就是常说的逐行扫描显示。

而隔行扫描指电子束在扫描时每隔一 行扫一线，完成一屏后再返回来扫描剩下的 线，这与电视机的原理一样。隔行扫描的显示器比逐行扫描闪烁得更厉害，也会让使用者的眼睛更疲劳。目前微机所用显示器几乎都是逐行扫描。

完成一行扫描所需时间称为水平扫描时间，其倒数称为行频率；完成一帧（整屏） 扫描所需的时间称为垂直扫描时间，其倒数为垂直扫描频率，又称刷新频率，即刷新一屏的频率。常见的有 60Hz、75Hz 等，标准 VGA 显示的场频60Hz，行频为31.5kHz。

显示带宽

带宽则指显示器可以处理的频率范围。如果 60Hz 刷新频率的 VGA 方式，其带宽达 640×480×60=18.4MHz；70Hz 刷新频率1024×768 分辨率的 SVGA 方式，其带宽达1024×768×70=55.1MHz。

早期的显示器频率固定。现在流行的多 屏显示器采用自动跟踪技术，使显示器的扫描频率自动与显示卡的输出同步，达到较宽的适用范围。

显示卡术语

一个像素点可有多种颜色，由表示该像素的二进位数（又称像素的位宽）决定。像 素位宽为 8bit，则每个像素有 28=256 种颜 色；位宽为16bit 则有 216=65536 种颜色， 位宽为 24bit 则有 224 即一千七百多万种颜色。显示卡内的D/A（数/模）转换电路将每 个像素的位宽（二进位整数）转换成对应亮度的 R、G、B（红、绿、蓝）模拟信号，控制屏幕上相应的三色荧光点发光，产生所要求的颜色。

随着 PC 机的不断更新换代，显示控制卡（即显示适配器）的标准也不断发展。从最初的 MDA（单色显示适配器）→CGA（彩色图形显示适配器）→EGA（增强型图形适配器）→VGA（视频图形阵列适配器）。VGA 一改以前显示卡采用的数字视频信号输出，而用模拟视频信号输出，VGA 卡内的 D/A 转换器将数字信号转换为控制 R、G、B 三 原色的模拟信号，使像素色彩变化非常平滑，更适合人的视觉感受。

性能高于VGA 并与之兼容的显示适配 卡有 TVGA 和 SVGA。随着 Windows 的普及和对快速度、多色彩、高分辨率的需要， 一些厂家在 SVGA 芯片中增加更多的硬件 来支持 Windows 的加速，这类显示适配器一般被称作 AVGA（Accelerated VGA：加速VGA）。目前大多数微机上的显示卡都属于 AVGA 类型。

显示卡主要由图形处理芯片、视频存储器及 BIOS 芯片等组成。一般 AVGA 类型显示卡的控制器由单块 AVGA 芯片充当，其中包含的图形加速控制器对提升图形功能至关重要。

显示卡的性能主要取决于卡上使用的图形芯片。早期的图形芯片没有帧缓冲器，有关帧的操作都要由 CPU去处理，降低了显示速度。现在多数显示卡上都设置具有图形处理功能的加速芯片，可处理像 Windows类型的图形任务而减少 CPU 参与。更高级的显示卡上有协处理器，可大大减免 CPU 的处理和参与。

利用视频存储器 VRAM 储存显示数据，可减少甚至免去访问系统主存，加快显示速度。 640×480-16色VGA显示一屏需640×480×Log216/8=154KB 显示存储器，1024×768 真彩显示一屏则需1024×768×24÷8≈2.3MB。 显示卡插在系统板的扩展槽内，通过电缆连接到机箱背面的15 针D 型插座连接器上。某些高档的主板内置了显示卡的功能。 CRT 显示器背面有一个与显示器连接好的视频电缆，电缆的末端是 15针插入式连接器，使用时将它直接插入主机机箱背面的 15孔D 型插座上即可。