基于FPGA的VGA驱动设计(2)

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1.绪论

1.1 课题的研究背景

使用阴极射线管的显示器现如今作为一种非常普遍的显示设备，已经非常广泛的出现在我们日常的学习生活中，可以说与我们的生活息息相关，甚至我们已经离不开他们了。然而使用阴极射线管的显示器，以下简称CRT，达到目前的地位并不是浪得虚名的，他具有非常多的有点，和其他的嵌入式系统中经常使用到的显示器相比，CRT的显示面积非常大，色彩相较其他也更丰富，可以承载更多的信息量，并且拥有更加简单的接口，不至于使人眼花缭乱。虽然现在液晶显示器应用越来越广泛，但是以VGA为标准的显示器现如今也仍是普及率很高的显示器[1]。如果想要驱动使用阴极射线管的显示器是需要非常高的扫面频率的，并且需要非常短的处理时间，鉴于以上这些特点，FPGA就成为了比较适合为VGA驱动。所以本次毕业设计选用了通过FPGA来实现VGA的显示器驱动。

伴随着FPGA的价格不断的下跌，以及其不断的飞速发展，FPGA 的优势已经非常明显的展现在了大家的眼前。现如今，已经有愈发多的人在做嵌入式系统的时候选择了FPGA的方案。

1.2 课题研究的意义

VGA的全称是显示绘图阵列（video graphic array），现在已经应用的十分广泛，是一种标准的接口。显示绘图阵列有许多用处，显示绘图阵列不仅仅可以用在显卡与显示器之间，也还能用于擦二色等离子电视输入图像的数目转换上面，同时显示绘图阵列接口也是作为LCD液晶显示器的标准显示接口[2]。由于电子制造工艺的迅猛发展，可编程逻辑器件也取得了很大的发展[3]。早期的可编程逻辑器件只能够存储很少的数据，并且只能完成一些简单的逻辑和功能。经过长足的发展，现如今可编程逻辑器件已经能够胜任复杂的逻辑和功能，并且比之以前速度也是更上一层楼，规模也是大了不只一点，并且与之相反的，功耗反而变得更低了。现如今的可编程逻辑器件主要分为两大类型，一类是复杂可编程逻辑器件，即complex programmable logic device，CPLD，一类是现场可编程逻辑器件，即filed programmable gate array，FPGA[4]。

FPGA有许多有点。FPGA的运行速度非常迅速，拥有非常丰富的管脚资源，非常适合规模比较大的系统的实现，并且其本身拥有大批的软核可供使用，所以非常有利于进行二次开发。此外，现场可编程逻辑器件拥有可重构能力以及抗干扰性强等等特点[5]，使得现场可编程逻辑器件在工业控制等范畴愈加受到重视。所以，利用现场可编程逻辑器件来实现显示绘图阵列的显示驱动的控制，能够使图像图形的显示摆脱PC机的控制，可以构成体积更小、功耗更低的各种各样的嵌入式系统，比如易于携带的设备或者是可以直接手持的设备等等。在地面勘探和性能检测等方面可以更有效的发挥其优越性，具有非常高的实用价值。

1.3 课题的发展现状

1985年Xilinx公司推出了首款FPGA，即现场可编程逻辑器件，XC2064。时至今日，现场可编程器件已经经过了三十年的发展。在这三十年的发展变化过程之中，不仅仅是现场可编程逻辑器件，还有以现场可编程器件作为代表的数字系统现场集成技术都已经有了长足的发展，取得了惊人的成果。相比较而言，Xilinx公司的首款现场可编程逻辑器件则显得像是个丑小鸭了。最初的现场可编程逻辑器件，也就是XC2064，包含了六十四个逻辑模块以及八万五千个晶体管，采用的是2μm工艺，而且可以使用的门的数量少的可怜，甚至都没有超过一千个。然而到了九十年代的时候，已经发展到了有二十五万个可以使用的门，时至今日，许多著名的厂商，比如Altera和Xilinx公司甚至推出了拥有数百万个门的单片现场可编程器件芯片。科学的发展真可谓是日新月异，科学的大爆炸让我们不禁感叹人类的智慧。现在FPGA的集成程度已经到了一个与以前不可同日而语的地步。我们全面观察FPGA的发展历史，发现现场可编程逻辑器件之所以具备如此巨大的市场吸引力，其根本原因就是现场可编程逻辑器件不仅仅可以有效解决电子系统小型化、高可靠性、低功耗等十分重要的问题，并且开发软件的投入非常少，开发周期非常短，并且芯片的价格也是在不停的降低，这些种种原因都使现场可编程逻辑器件占有了越来越多的市场份额，而使ASIC的市场份额越来越少。特别是针对多品种、小批量的需求，现场可编程逻辑器件更是成为了首选。