Układy cyfrowe i systemu wbudowane 2.docx

Projekt nasz ma realizować komunikację między układem FPGA Spartan 3E firmy Xilinx, a monitorem VGA z wykorzystaniem pamięci blokowej ROM. Do połączenia użyliśmy dostępnego kabla analogowego VGA.

Rys1: kabel łączący monitor VGA z płytką Spartan 3E

Źródło: http://audio.blogbiznes.pl/2008/11/12/kable-przewody-konektory

Opis układu (zawartość zestawu)

Zestaw, który był do dyspozycji na potrzeby niniejszego projektu, miał następujące elementy wykorzystywane w projekcie:

Port VGA

Rys2: schemat logiczny portu VGA płytki Spartan 3E

Źródło: Spartan-3E Starter Kit Board User Guide

15-pinowy port , gdzie

Generator sygnału prostokątnego 50MHz

Rys3: Oscylator 50MHz (IC17)

Źródło: Spartan-3E Starter Kit Board User Guide

Konfigurowalna pamięć SRAM

Dzięki narzędziu The Xilinx CORE Generator użyliśmy pamięci SRAM przekonfigurowanej na pamięć jednoportową ROM.

Oprogramowanie

Do implementacji projektu użyto oprogramowania Xilinx ISE w wersji 13.1, natomiast

symulacje działania układu przeprowadzane były w połączonym z nim funkcjonalnie

programie ModelSim.

Układ ma budowę modularną, złożony jest z szeregu połączonych modułów, z których

większość jest opisana w języku VHDL.

Funkcjonalność

Po zaprogramowaniu i włączeniu układu w pamięci blokowej ROM zostaje umieszczony plik o rozszerzeniu coe, zawierającym tablice zer i jedynek, gdzie zero oznacza piksel zgaszony, a jedynka piksel zapalony. Tablica ma rozmiar 64x64, co w efekcie dawało nam obrazek 64x64 pikseli. Pamięć ROM wysyła do modułu VGA po jednym bicie (0 lub 1), który zostaje wyświetlony na monitorze VGA.

W efekcie na ekranie wyświetla się obrazek w wielkości 64x64, wycentrowany przez moduł VGA.

Schemat ogólny układu

Jak widać na powyższym schemacie, układ składa się z trzech modułów. Całość ma łącznie tylko jedno wejście odpowiadające za zegar oraz trzy wyjścia: dwa z nich odpowiadają za sygnał szerokości i wysokości VGA, jedno (magistralowe, które dzieli się na trzy) odpowiada za kolory czerwony, zielony i niebieski.

Opisy poszczególnych modułów

RomAccess

library IEEE;

use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;

use IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;

use IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;

entity RomAccess is

Port ( x : in STD_LOGIC_VECTOR (9 downto 0);

y : in STD_LOGIC_VECTOR (9 downto 0);

RGB : out STD_LOGIC_VECTOR (2 downto 0);

data : in STD_LOGIC_VECTOR (0 downto 0);

addr : out STD_LOGIC_VECTOR (11 downto 0));

end RomAccess;

architecture Behavioral of RomAccess is

constant x_pic : integer := 64;

constant y_pic : integer := 64;

constant x_screen : integer := 800;

constant y_screen : integer := 600;

constant x_offset : integer := (x_screen - x_pic)/2;

constant y_offset : integer := (y_screen - y_pic)/2;

signal q_x, q_y : std_logic_vector(9 downto 0);

signal ok_x, ok_y : std_logic;

begin

q_x <= x - x_offset+1;

q_y <= y - y_offset;

ok_x <= '1' when x >= x_offset and x < x_offset+x_pic else '0';

ok_y <= '1' when y >= y_offset and y < y_offset+y_pic else '0';

addr <= q_y(5 downto 0) & q_x(5 downto 0);

RGB <= "000" when ok_x = '0' or ok_y = '0' else ( not data) & data & data;

end Behavioral;

Przyjęliśmy, że będziemy wyświetlać obrazek 64x64 pośrodku ekranu o przyjętej przez nas rozdzielczości 800x600. Odpowiadają za to zmienne x_pic i y_pic oraz x_screen i y_screen. Dodatkowo wyznaczamy współrzędne kwadratu 64x64 znajdującego się pośrodku ekranu. Moduł przelicza współrzędne aktualnie wyświetlane na współrzędne obrazka oraz sprawdza, czy aktualnie znajdujemy się w granicach środkowego kwadratu ekranu, więc czy wyświetlić obraz czy nie. Następnie na podstawie wyliczonych współrzędnych obrazka wskazujemy adres w pamięci, oznaczony jako wektor 11-bitowy addr. W tym module również definiujem...