说明

由于最近有很多同学对基于FPGA的贪吃蛇游戏很感兴趣，趁着最近有时间，特将之前贪吃蛇游戏重新设计一遍，并给出详细的设计步骤，方便大家学习！一共分2期，本期教程主要解决VGA显示图片问题，主要教大家如何写VGA驱动，如何用C语言生成mif文件。本教程还是需要有一定基础的，至少会绑定引脚，会使用软件产生pll、rom等常用的ip。

VGA原理

VGA原理比较简单，主要参考《VGA时序标准》。首先需要说明的是，VGA时序有4种，如下所示：



所以当你看到有些教程的时序不一样，不要慌，他们都是对的，这四种时序都是可以的，本教程选用第一种时序，如下所示：

从时序图中可以看出，VGA时序的关键信号是行同步信号(HSync)和场同步信号(VSync)，共有6个参数，分别为Sync，Back Porch，Left Border(针对行同步信号)/Top Border(针对场同步信号)，Addr Time(数据有效时间，分辨率就是看这个参数)，Right Border(针对行同步信号)/Bottom Border(针对场同步信号)，Front Porch。这些参数在《VGA时序标准》中都会详细给出。需要主要的是，图1-2只是说明场同步信号和行同步信号的6个参数都是类似的，说明他们都有这6个参数，正因为参数是类似的，所以将他们画在一起了，场同步信号与行同步信号实际的相对关系如下所示：

从图1-3可以看出，VGA真正显示的区域是VSync的Addr Time和HSync的Addr Time同时有效区域(低有效)。如下所示：

图1-1到图1-4务必要全部搞懂，这个自己花点时间琢磨一下，搞懂这4个图后VGA时序也就全搞明白了。

vga模块代码设计

本教程VGA选用640480@60Hz分辨率，像素时钟频率为25MHz，其具体参数定义如图1-6所示，在代码中将这些参数定义好，如图1-5所示：


采用两级计数器架构对行同步信号和场同步信号进行计数，如下所示：


根据VGA时序参数和场同步、行同步计数器来产生场同步信号和行同步信号，VGA时序图如下所示：

从图1-9可以看出，Vsync信号在场同步计数器计满Ver_Sync_Time个数后拉低，计满Ver_Total_Time个数后拉高。HSync信号在行同步信号计满Hor_Sync_Time个数后拉低，计满Hor_Total_Time个数后拉高。代码如下所示：


有了场同步信号和行同步信号，接下来就要整VGA的RGB数据了，本教程采用的RGB565格式。并且使用rom存储图片，考虑到fpga内部存储资源较小，本教程使用100100分辨率的图像。rom的位宽设置为8，深度设置为10000，具体设置如下所示：

需要注意的是，rom设置时，勾选了‘q’output port，所以rom的数据输出会延迟两拍，这个地方要注意，自己可以仿真看看现象。rom的读使能与vga_hs的时序关系如下所示：

可以看出rom_rd_en比Hor_Addr_Time区域提前了3个时钟周期，所以rom_rd_data比Hor_Addr_Time区域只提前了1个时钟周期(rom输出延时2拍)。然后vga_r/vga_g/vga_b获取rom_rd_data数据需要消耗一拍，所以最终vga_r/vga_g/vga_b数据与Hor_Addr_Time区域正好对齐。fpga代码编写最重要的就是时序对齐，要精确到一个时钟周期！代码如下：

由于本教程是在VGA显示屏正中间显示100*100分辨率图片，图片显示位置如下所示：

vga_r/vga_g/vga_b的实现比较简单，代码如下所示

rom_start_ctrl模块代码设计

rom_start_ctrl模块比较简单，只要根据rom_rd_en信号产生rom_addr并且例化rom ip即可。代码如下所示：

C语言产生mif文件

想要vga显示自己想要的图片，就得对rom进行初始化，本教程使用mif文件初始化，下面将教大家如何制作mif文件。
(1) 自己可以在网上去找一幅图片(也可以自己画)，然后用电脑自带的画图软件，将他的分辨率调整到100*100，并且重新保存为24位bmp格式的图像，命名为“启动界面.bmp”。
(2) 将“启动界面.bmp”放到我提供的上位机中。如下所示：

(3) 双击“ImageShow.exe”即可产生mif文件和coe文件。C语言产生mif代码如下，有兴趣的可以自己试试：

显示效果

福利

本教程的所有verilog源码以及上位机源码都会公布，百度云链接：
链接：VGA显示图片教程源码下载链
提取码：zpnk

微信公众号里的图片是有压缩过的，看着有点模糊，我在压缩包里提供了pdf教程，那里都是高清的图片哦。**下载后，解压需要密码，扫描下面的二维码并在公众号回复“密码”即可获取密码。**也希望大家转发支持哦，后续还会有第二期~