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1、至(zhì)間(jiān)原理與(yǔ)應(yìng)用(yòng)配套(tào)的(de)案(àn)例和(hé)PPT講解(jiě)
2、本(běn)設計(jì)需要(yào)通(tòng)过(guò)VGA線(xiàn)将顯示器和(hé)開(kāi)發(fà)板進(jìn)行連(lián)接，FPGA在(zài)連(lián)接成(chéng)功後(hòu)産生(shēng)640*480分(fēn)辨率，刷新頻率为(wèi)60Hz的(de)VGA时(shí)序，使得顯示器産生(shēng)顯示一(yī)幅完整的(de)矩阵(zhèn)图(tú)像。这(zhè)幅矩阵(zhèn)图(tú)像即为(wèi)顯示屏邊(biān)緣上(shàng)顯示一(yī)个(gè)宽(kuān)为(wèi)20像素的(de)紅(hóng)色(sè)邊(biān)框，在(zài)屏幕的(de)中(zhōng)央顯示一(yī)个(gè)长为(wèi)150像素、高(gāo)为(wèi)100像素的(de)綠(lǜ)色(sè)矩形。步驟性(xìng)教学；
3、Altera和(hé)Xilinx入(rù)門(mén)学習案(àn)例文(wén)檔
第(dì)三(sān)篇(piān) FPGA至(zhì)簡設計(jì)項目实踐
第(dì)九章(zhāng) VGA顯示矩阵(zhèn)
第(dì)1节(jié) 項目背景
VGA的(de)顯示背景與(yǔ)原理在(zài)上(shàng)一(yī)章(zhāng)“VGA顯示顔色(sè)”的(de)案(àn)例分(fēn)享中(zhōng)已經(jīng)有(yǒu)了(le)比較詳细(xì)的(de)解(jiě)釋，这(zhè)里(lǐ)就(jiù)不(bù)再進(jìn)行展(zhǎn)開(kāi)講解(jiě)，如(rú)果(guǒ)還(huán)有(yǒu)不(bù)理解(jiě)的(de)读(dú)者(zhě)朋友可(kě)以(yǐ)回(huí)到(dào)上(shàng)一(yī)章(zhāng)中(zhōng)的(de)項目背景部(bù)分(fēn)進(jìn)行閱读(dú)学習。
上(shàng)一(yī)章(zhāng)实現(xiàn)了(le)VGA顯示顔色(sè)的(de)設計(jì)，这(zhè)一(yī)章(zhāng)中(zhōng)将進(jìn)行更(gèng)高(gāo)一(yī)級的(de)設計(jì)学習——VGA顯示矩阵(zhèn)图(tú)像。按照至(zhì)簡設計(jì)法的(de)思(sī)路(lù)，在(zài)進(jìn)行設計(jì)之前(qián)首先(xiān)明(míng)确設計(jì)目标(biāo)。明(míng)确了(le)設計(jì)目标(biāo)後(hòu)，後(hòu)續的(de)每一(yī)步操作都是(shì)圍繞設計(jì)目标(biāo)進(jìn)行展(zhǎn)開(kāi)。如(rú)果(guǒ)沒(méi)有(yǒu)牢記(jì)設計(jì)目标(biāo)就(jiù)開(kāi)始動(dòng)手(shǒu)進(jìn)行实踐操作，最(zuì)終(zhōng)的(de)作品也(yě)是(shì)東(dōng)拼西(xī)湊的(de)産物(wù)，一(yī)旦在(zài)設計(jì)过(guò)程中(zhōng)出(chū)現(xiàn)了(le)問(wèn)題(tí)就(jiù)需要(yào)花費大量(liàng)的(de)精力進(jìn)行尋找(zhǎo)修複。建議初学者(zhě)在(zài)開(kāi)始学習时(shí)就(jiù)養成(chéng)良好(hǎo)的(de)設計(jì)習慣，才能(néng)在(zài)後(hòu)續的(de)職業生(shēng)涯中(zhōng)受益。
本(běn)設計(jì)需要(yào)通(tòng)过(guò)VGA連(lián)接線(xiàn)将顯示器和(hé)開(kāi)發(fà)板進(jìn)行連(lián)接，FPGA在(zài)連(lián)接成(chéng)功後(hòu)産生(shēng)640*480分(fēn)辨率，刷新頻率为(wèi)60Hz的(de)VGA时(shí)序，使得顯示器産生(shēng)顯示一(yī)幅完整的(de)矩阵(zhèn)图(tú)像。这(zhè)幅矩阵(zhèn)图(tú)像即为(wèi)顯示屏邊(biān)緣上(shàng)顯示一(yī)个(gè)宽(kuān)为(wèi)20像素的(de)紅(hóng)色(sè)邊(biān)框，在(zài)屏幕的(de)中(zhōng)央顯示一(yī)个(gè)长为(wèi)150像素、高(gāo)为(wèi)100像素的(de)綠(lǜ)色(sè)矩形。
顯示器一(yī)般都具有(yǒu)分(fēn)辨率自(zì)适應(yìng)功能(néng)，无須設置就(jiù)能(néng)識别不(bù)同(tóng)分(fēn)辨率的(de)图(tú)像。本(běn)設計(jì)的(de)相應(yìng)參數參見(jiàn)表(biǎo)3.9-1中(zhōng)的(de)第(dì)一(yī)行。其中(zhōng)，行的(de)單位为(wèi)“基準时(shí)鐘(zhōng)”，即頻率为(wèi)25MHz、周期(qī)为(wèi)40ns的(de)时(shí)鐘(zhōng)，列的(de)單位則为(wèi)“行”，請读(dú)者(zhě)朋友们(men)一(yī)定(dìng)要(yào)注意(yì)區(qū)分(fēn)。
表(biǎo)3.9–1 VGA常用(yòng)分(fēn)辨率
設計(jì)完成(chéng)後(hòu)，通(tòng)过(guò)VGA連(lián)接線(xiàn)将顯示器和(hé)開(kāi)發(fà)板的(de)VGA接口(kǒu)相連(lián)，連(lián)接示意(yì)图(tú)如(rú)下(xià)：
图(tú)3.9-1教学板連(lián)接示意(yì)图(tú)
上(shàng)板後(hòu)顯示器展(zhǎn)示效果(guǒ)图(tú)如(rú)下(xià)图(tú)所(suǒ)示，不(bù)同(tóng)的(de)顯示器会(huì)有(yǒu)一(yī)定(dìng)的(de)色(sè)差，需要(yào)以(yǐ)实際顯示情(qíng)況为(wèi)主(zhǔ)。可(kě)以(yǐ)看(kàn)到(dào)顯示屏邊(biān)緣上(shàng)顯示一(yī)个(gè)紅(hóng)色(sè)邊(biān)框（邊(biān)框宽(kuān)为(wèi)20像素），在(zài)屏幕的(de)中(zhōng)央顯示一(yī)个(gè)綠(lǜ)色(sè)矩形（矩形长为(wèi)150像素，高(gāo)为(wèi)100像素），实現(xiàn)了(le)矩阵(zhèn)图(tú)像。想(xiǎng)要(yào)观看(kàn)連(lián)接後(hòu)演示視頻效果(guǒ)的(de)读(dú)者(zhě)朋友可(kě)以(yǐ)登陸至(zhì)簡設計(jì)法官网(wǎng)学習：old.mdy-edu.com/xxxx。
图(tú)3.9-2VGA顯示矩阵(zhèn)效果(guǒ)图(tú)
确定(dìng)了(le)設計(jì)目标(biāo)後(hòu)本(běn)書(shū)会(huì)逐步分(fēn)析講解(jiě)工程的(de)制作步驟。建議初学者(zhě)認真(zhēn)学習每一(yī)步，因(yīn)为(wèi)这(zhè)里(lǐ)分(fēn)享給(gěi)同(tóng)学们(men)的(de)不(bù)僅僅是(shì)案(àn)例，還(huán)有(yǒu)在(zài)操作过(guò)程中(zhōng)的(de)一(yī)些設計(jì)理念及(jí)原理。當然本(běn)書(shū)也(yě)会(huì)分(fēn)享一(yī)些至(zhì)簡設計(jì)法的(de)設計(jì)技巧，最(zuì)終(zhōng)希望每一(yī)位读(dú)者(zhě)都可(kě)以(yǐ)具備独立設計(jì)工程的(de)能(néng)力。當然已經(jīng)擁有(yǒu)扎实的(de)功底、只(zhī)是(shì)想(xiǎng)要(yào)根(gēn)據(jù)步驟完成(chéng)項目的(de)读(dú)者(zhě)朋友们(men)可(kě)以(yǐ)跳过(guò)此(cǐ)部(bù)分(fēn)，直(zhí)接進(jìn)入(rù)第(dì)五(wǔ)节(jié)中(zhōng)的(de)簡略版操作步驟分(fēn)享。
新建目录(lù)：D:mdy_book
ec_exec1，在(zài)該目录(lù)中(zhōng)新建一(yī)个(gè)名为(wèi)rec_exec1.v的(de)文(wén)件(jiàn)。用(yòng)GVIM打(dǎ)開(kāi)後(hòu)開(kāi)始編写代(dài)碼。这(zhè)里(lǐ)再次(cì)強(qiáng)調，初学者(zhě)一(yī)定(dìng)要(yào)按照本(běn)書(shū)提(tí)供的(de)文(wén)件(jiàn)路(lù)徑以(yǐ)及(jí)文(wén)件(jiàn)名進(jìn)行設置，避免後(hòu)面(miàn)出(chū)現(xiàn)未知錯誤。
分(fēn)析設計(jì)目标(biāo)可(kě)知，本(běn)設計(jì)中(zhōng)FPGA産生(shēng)VGA时(shí)序，即控制VGA_R4~R0、VGA_G5~G0、VGA_B4~B0、VGA_HSYNC和(hé)VGA_VSYNC，從而(ér)使顯示器呈紅(hóng)色(sè)、綠(lǜ)色(sè)的(de)矩阵(zhèn)顯示。其中(zhōng)，FPGA可(kě)根(gēn)據(jù)时(shí)序産生(shēng)高(gāo)低電(diàn)平從而(ér)控制VGA_HSYNC和(hé)VGA_VSYNC。而(ér)顔色(sè)數據(jù)，由(yóu)于(yú)本(běn)設計(jì)需要(yào)的(de)顯示的(de)顔色(sè)數據(jù)是(shì)固定(dìng)的(de)紅(hóng)色(sè)和(hé)綠(lǜ)色(sè)，可(kě)通(tòng)过(guò)FPGA自(zì)身(shēn)産生(shēng)而(ér)不(bù)需要(yào)外(wài)部(bù)輸入(rù)图(tú)像的(de)數據(jù)。那(nà)麼(me)在(zài)FPGA的(de)工程設計(jì)中(zhōng)可(kě)以(yǐ)定(dìng)義輸出(chū)信(xìn)号(hào)hys表(biǎo)示行同(tóng)步，定(dìng)義輸出(chū)信(xìn)号(hào)vys表(biǎo)示场同(tóng)步，定(dìng)義一(yī)个(gè)16位的(de)信(xìn)号(hào)lcd_rgb進(jìn)行RGB輸出(chū)，其中(zhōng)lcd_rgb[15:11]表(biǎo)示VGA_R4~0、lcd_rgb[10:5]表(biǎo)示VGA_G5~0、lcd_rgb[4:0]表(biǎo)示VGA_B4~0。當然，本(běn)設計(jì)中(zhōng)還(huán)需要(yào)时(shí)鐘(zhōng)信(xìn)号(hào)clk和(hé)複位信(xìn)号(hào)rst_n来(lái)進(jìn)行工程控制。
綜上(shàng)所(suǒ)述，本(běn)工程需要(yào)五(wǔ)个(gè)信(xìn)号(hào)：时(shí)鐘(zhōng)信(xìn)号(hào)clk，複位信(xìn)号(hào)rst_n，场同(tóng)步信(xìn)号(hào)vys、行同(tóng)步信(xìn)号(hào)hys和(hé)RGB輸出(chū)信(xìn)号(hào)lcd_rgb。信(xìn)号(hào)和(hé)硬(yìng)件(jiàn)的(de)对(duì)應(yìng)關(guān)系(xì)如(rú)下(xià)表(biǎo)所(suǒ)示。
表(biǎo)3.9 - 2信(xìn)号(hào)和(hé)管(guǎn)脚關(guān)系(xì)
通(tòng)过(guò)以(yǐ)上(shàng)分(fēn)析可(kě)以(yǐ)写出(chū)頂层信(xìn)号(hào)代(dài)碼。将module的(de)名稱定(dìng)義为(wèi)color_exec1，已經(jīng)知道(dào)該模块(kuài)有(yǒu)五(wǔ)个(gè)信(xìn)号(hào)：clk、rst_n、lcd_hs、lcd_vs和(hé)lcd_rgb，将與(yǔ)外(wài)部(bù)相連(lián)接的(de)輸入(rù)/輸出(chū)信(xìn)号(hào)列出(chū)，從而(ér)实現(xiàn)信(xìn)号(hào)與(yǔ)管(guǎn)脚的(de)連(lián)接。具體(tǐ)頂层代(dài)碼如(rú)下(xià)：
随後(hòu)聲明(míng)信(xìn)号(hào)的(de)輸入(rù)輸出(chū)屬性(xìng)，模块(kuài)中(zhōng)需要(yào)聲明(míng)这(zhè)一(yī)信(xìn)号(hào)对(duì)于(yú)FPGA来(lái)说(shuō)，屬于(yú)輸入(rù)信(xìn)号(hào)還(huán)是(shì)輸出(chū)信(xìn)号(hào)。信(xìn)号(hào)若为(wèi)輸入(rù)的(de)話(huà)則聲明(míng)其为(wèi)input，若为(wèi)輸出(chū)則聲明(míng)其为(wèi)ouput。在(zài)本(běn)設計(jì)中(zhōng)，由(yóu)于(yú)clk是(shì)外(wài)部(bù)的(de)晶振輸入(rù)給(gěi)FPGA的(de)，因(yīn)此(cǐ)在(zài)FPGA中(zhōng)clk是(shì)輸入(rù)信(xìn)号(hào)input；同(tóng)樣(yàng)地(dì)，rst_n是(shì)外(wài)部(bù)按鍵輸送給(gěi)FPGA的(de)，在(zài)FPGA中(zhōng)同(tóng)樣(yàng)为(wèi)輸入(rù)信(xìn)号(hào)input；lcd_hs、lcd_vs和(hé)lcd_rgb是(shì)FPGA輸出(chū)給(gěi)顯示器的(de)，因(yīn)此(cǐ)其为(wèi)輸出(chū)信(xìn)号(hào)output，并且其中(zhōng)clk、rst_n、lcd_hs、lcd_vs的(de)值都是(shì)0或(huò)者(zhě)1，用(yòng)一(yī)根(gēn)線(xiàn)即可(kě)，lcd_rgb信(xìn)号(hào)的(de)位宽(kuān)为(wèi)16位。根(gēn)據(jù)以(yǐ)上(shàng)分(fēn)析補充輸入(rù)輸出(chū)端口(kǒu)定(dìng)義，其具體(tǐ)代(dài)碼如(rú)下(xià)：
3.2 信(xìn)号(hào)設計(jì)
分(fēn)析設計(jì)目标(biāo)可(kě)知，首先(xiān)需要(yào)設計(jì)行同(tóng)步信(xìn)号(hào)hys，其时(shí)序图(tú)表(biǎo)示如(rú)下(xià)：
图(tú)3.9-3VGA行同(tóng)步信(xìn)号(hào)时(shí)序
根(gēn)據(jù)时(shí)序图(tú)可(kě)以(yǐ)看(kàn)到(dào)，hys就(jiù)是(shì)一(yī)个(gè)周期(qī)性(xìng)進(jìn)行高(gāo)低變(biàn)化(huà)的(de)脈沖。根(gēn)據(jù)設計(jì)目标(biāo)可(kě)知图(tú)像分(fēn)辨率選定(dìng)为(wèi)640*480，因(yīn)此(cǐ)使用(yòng)下(xià)表(biǎo)中(zhōng)的(de)640*480分(fēn)辨率的(de)相應(yìng)參數。即同(tóng)步脈沖a的(de)时(shí)間(jiān)是(shì)96个(gè)基準时(shí)鐘(zhōng)，而(ér)顯示後(hòu)沿b的(de)时(shí)間(jiān)是(shì)48个(gè)基準时(shí)鐘(zhōng)周期(qī)，顯示时(shí)序c的(de)时(shí)間(jiān)是(shì)640个(gè)基準时(shí)鐘(zhōng)，顯示前(qián)沿的(de)时(shí)間(jiān)是(shì)16个(gè)基準时(shí)鐘(zhōng)，共(gòng)計(jì)800个(gè)基準时(shí)鐘(zhōng)（800=96+48+640+16）。
表(biǎo)3.9–1 VGA常用(yòng)分(fēn)辨率
这(zhè)里(lǐ)需要(yào)注意(yì)，一(yī)个(gè)基準时(shí)鐘(zhōng)是(shì)40ns，而(ér)至(zhì)簡設計(jì)法開(kāi)發(fà)板的(de)时(shí)鐘(zhōng)周期(qī)是(shì)20ns，因(yīn)此(cǐ)基于(yú)至(zhì)簡設計(jì)法開(kāi)發(fà)板的(de)VGA工程設計(jì)中(zhōng)，采用(yòng)2个(gè)时(shí)鐘(zhōng)时(shí)間(jiān)代(dài)表(biǎo)一(yī)个(gè)基準时(shí)鐘(zhōng)时(shí)間(jiān)。在(zài)图(tú)中(zhōng)補充对(duì)應(yìng)的(de)时(shí)間(jiān)信(xìn)号(hào)，带(dài)有(yǒu)时(shí)間(jiān)信(xìn)号(hào)的(de)时(shí)序图(tú)如(rú)下(xià)图(tú)所(suǒ)示。
图(tú)3.9-4带(dài)时(shí)間(jiān)信(xìn)息的(de)VGA行同(tóng)步信(xìn)号(hào)时(shí)序
根(gēn)據(jù)至(zhì)簡設計(jì)法的(de)理論，分(fēn)析波(bō)形图(tú)和(hé)設計(jì)目标(biāo)後(hòu)可(kě)以(yǐ)得到(dào)本(běn)設計(jì)的(de)計(jì)數器架構：本(běn)設計(jì)需要(yào)使用(yòng)2个(gè)計(jì)數器，一(yī)个(gè)計(jì)數器cnt0用(yòng)来(lái)計(jì)數一(yī)个(gè)基準时(shí)間(jiān)，另(lìng)一(yī)个(gè)計(jì)數器cnt1用(yòng)来(lái)計(jì)數hys的(de)行长度(dù)。
先(xiān)来(lái)讨論用(yòng)于(yú)計(jì)數基準时(shí)間(jiān)的(de)cnt0。至(zhì)簡設計(jì)法的(de)計(jì)數器只(zhī)考慮两(liǎng)个(gè)因(yīn)素：加1条(tiáo)件(jiàn)和(hé)計(jì)數數量(liàng)，只(zhī)要(yào)确定(dìng)相應(yìng)邏輯，就(jiù)能(néng)完成(chéng)計(jì)數器代(dài)碼設計(jì)。首先(xiān)确定(dìng)計(jì)數器cnt0的(de)加1条(tiáo)件(jiàn)：由(yóu)于(yú)該計(jì)數器在(zài)不(bù)停地(dì)計(jì)數，永遠(yuǎn)不(bù)停止，因(yīn)此(cǐ)可(kě)以(yǐ)認为(wèi)其加1条(tiáo)件(jiàn)是(shì)始終(zhōng)有(yǒu)效，可(kě)写成(chéng)：assign add_cnt0==1。
此(cǐ)处可(kě)能(néng)有(yǒu)同(tóng)学存在(zài)疑惑加1条(tiáo)件(jiàn)的(de)概念是(shì)什麼(me)？这(zhè)里(lǐ)以(yǐ)停車位来(lái)進(jìn)行比喻，一(yī)般情(qíng)況下(xià)对(duì)每个(gè)停車位置会(huì)進(jìn)行对(duì)應(yìng)編号(hào)，但是(shì)如(rú)果(guǒ)某个(gè)位置上(shàng)放(fàng)置了(le)一(yī)块(kuài)石(dàn)头(tóu)无法作为(wèi)停車位时(shí)，該位置就(jiù)不(bù)能(néng)獲得对(duì)應(yìng)的(de)編号(hào)。反(fǎn)之則可(kě)以(yǐ)認为(wèi)停車位編号(hào)的(de)加1条(tiáo)件(jiàn)就(jiù)是(shì)：对(duì)應(yìng)位置上(shàng)沒(méi)有(yǒu)石(dàn)头(tóu)，其可(kě)以(yǐ)繼續的(de)進(jìn)行編号(hào)，即assign add_cnt0 = “沒(méi)有(yǒu)石(dàn)头(tóu)”。因(yīn)此(cǐ)如(rú)果(guǒ)在(zài)設計(jì)中(zhōng)計(jì)數器一(yī)直(zhí)沒(méi)有(yǒu)阻礙地(dì)進(jìn)行計(jì)數工作，就(jiù)可(kě)以(yǐ)認为(wèi)加1条(tiáo)件(jiàn)是(shì)一(yī)直(zhí)有(yǒu)效的(de)。
接下(xià)来(lái)确定(dìng)計(jì)數器cnt0的(de)計(jì)數數量(liàng)，前(qián)文(wén)分(fēn)析中(zhōng)可(kě)知2个(gè)时(shí)鐘(zhōng)周期(qī)等于(yú)1个(gè)基準时(shí)鐘(zhōng)，所(suǒ)以(yǐ)計(jì)數器cnt0的(de)計(jì)數數量(liàng)为(wèi)2。
确定(dìng)好(hǎo)了(le)加1条(tiáo)件(jiàn)和(hé)計(jì)數數量(liàng)後(hòu)開(kāi)始進(jìn)行代(dài)碼編写。相信(xìn)各(gè)位往常都是(shì)一(yī)行行輸入(rù)代(dài)碼，但是(shì)至(zhì)簡設計(jì)法有(yǒu)一(yī)个(gè)小技巧，可(kě)以(yǐ)为(wèi)大家(jiā)編写代(dài)碼省(shěng)去(qù)不(bù)少(shǎo)时(shí)間(jiān)，并且一(yī)定(dìng)程度(dù)上(shàng)降低了(le)代(dài)碼的(de)出(chū)錯率。至(zhì)簡設計(jì)法将日(rì)常代(dài)碼中(zhōng)常用(yòng)到(dào)的(de)固定(dìng)部(bù)分(fēn)做成(chéng)了(le)模板，進(jìn)行代(dài)碼編程时(shí)可(kě)以(yǐ)調用(yòng)相應(yìng)模板後(hòu)根(gēn)據(jù)邏輯輸入(rù)对(duì)應(yìng)設計(jì)的(de)變(biàn)量(liàng)将代(dài)碼補充完整。这(zhè)里(lǐ)就(jiù)可(kě)以(yǐ)用(yòng)模板編写計(jì)數器代(dài)碼，感(gǎn)受一(yī)下(xià)这(zhè)个(gè)炫酷的(de)功能(néng)。
打(dǎ)開(kāi)GVIM，在(zài)命令模式下(xià)輸入(rù)“:Mdyjsq”，點(diǎn)擊回(huí)車，就(jiù)調出(chū)了(le)对(duì)應(yìng)模板，如(rú)下(xià)图(tú)所(suǒ)示。随後(hòu)再将本(běn)案(àn)例中(zhōng)的(de)變(biàn)量(liàng)填到(dào)模板里(lǐ)面(miàn)，就(jiù)可(kě)以(yǐ)得到(dào)完整正(zhèng)确的(de)計(jì)數器代(dài)碼。
图(tú)3.9-5至(zhì)簡設計(jì)法調用(yòng)計(jì)數器代(dài)碼模板
補充完整後(hòu)得到(dào)計(jì)數基準时(shí)間(jiān)的(de)計(jì)數器cnt0代(dài)碼如(rú)下(xià)。
接着讨論用(yòng)于(yú)計(jì)數hys长度(dù)的(de)計(jì)數器cnt1。根(gēn)據(jù)設計(jì)目标(biāo)可(kě)知一(yī)行需要(yào)800个(gè)基準时(shí)鐘(zhōng)，因(yīn)此(cǐ)其計(jì)數數量(liàng)为(wèi)800。前(qián)文(wén)設計(jì)中(zhōng)已經(jīng)确定(dìng)一(yī)个(gè)基準时(shí)鐘(zhōng)可(kě)以(yǐ)用(yòng)end_cnt0表(biǎo)示，因(yīn)此(cǐ)計(jì)數器cnt1的(de)加1条(tiáo)件(jiàn)为(wèi)“end_cnt0”，可(kě)写成(chéng)：assign add_cnt1 = end_cnt0。繼續調用(yòng)至(zhì)簡設計(jì)法模板，在(zài)命令模式下(xià)輸入(rù)“:Mdyjsq”，點(diǎn)擊回(huí)車調出(chū)对(duì)應(yìng)模板後(hòu)将“add_cnt1”和(hé)“end_cnt1”補充完整，得到(dào)該計(jì)數器的(de)代(dài)碼如(rú)下(xià)：
确定(dìng)了(le)計(jì)數器cnt0和(hé)cnt1，hys信(xìn)号(hào)的(de)設計(jì)就(jiù)有(yǒu)了(le)对(duì)齊的(de)对(duì)象(xiàng)。從时(shí)序图(tú)可(kě)以(yǐ)發(fà)現(xiàn)，hys有(yǒu)两(liǎng)个(gè)變(biàn)化(huà)點(diǎn)，一(yī)个(gè)是(shì)cnt1數到(dào)96个(gè)基準时(shí)鐘(zhōng)时(shí)，同(tóng)步脈沖a結束(shù)，信(xìn)号(hào)由(yóu)0變(biàn)1出(chū)現(xiàn)一(yī)个(gè)上(shàng)升(shēng)沿；另(lìng)一(yī)个(gè)是(shì)當cnt1數到(dào)800个(gè)基準时(shí)鐘(zhōng)时(shí)，信(xìn)号(hào)由(yóu)1變(biàn)0出(chū)現(xiàn)下(xià)降沿。下(xià)面(miàn)将其翻譯成(chéng)代(dài)碼，在(zài)編輯模式下(xià)輸入(rù)“Shixu2”，調用(yòng)至(zhì)簡設計(jì)法模板，将模板補充完整後(hòu)得到(dào)场同(tóng)步信(xìn)号(hào)的(de)代(dài)碼如(rú)下(xià)：
接下(xià)来(lái)讨論vys信(xìn)号(hào)的(de)設計(jì)，根(gēn)據(jù)設計(jì)目标(biāo)可(kě)以(yǐ)得到(dào)VGA场同(tóng)步信(xìn)号(hào)的(de)时(shí)序图(tú)如(rú)下(xià)所(suǒ)示：
图(tú)3.9-6VGA场同(tóng)步信(xìn)号(hào)时(shí)序
可(kě)以(yǐ)看(kàn)出(chū)vys也(yě)是(shì)一(yī)个(gè)周期(qī)性(xìng)地(dì)進(jìn)行高(gāo)低變(biàn)化(huà)的(de)脈沖。本(běn)設計(jì)中(zhōng)图(tú)像分(fēn)辨率選定(dìng)为(wèi)640*480，因(yīn)此(cǐ)使用(yòng)表(biǎo)3.9- 1中(zhōng)的(de)640*480分(fēn)辨率的(de)相應(yìng)參數。同(tóng)步脈沖a的(de)时(shí)間(jiān)是(shì)2行的(de)时(shí)間(jiān)，顯示後(hòu)沿b的(de)时(shí)間(jiān)是(shì)33行，顯示时(shí)序c的(de)时(shí)間(jiān)是(shì)480行，顯示前(qián)沿的(de)时(shí)間(jiān)是(shì)10行，共(gòng)計(jì)525行（525=2+33+480+10）。这(zhè)里(lǐ)需要(yào)注意(yì)：行的(de)單位为(wèi)“基準时(shí)鐘(zhōng)”，前(qián)文(wén)設計(jì)中(zhōng)使用(yòng)計(jì)數器cnt0表(biǎo)示一(yī)个(gè)基準时(shí)鐘(zhōng)，cnt1表(biǎo)示一(yī)行。由(yóu)于(yú)场同(tóng)步信(xìn)号(hào)是(shì)的(de)單位是(shì)“行”，因(yīn)此(cǐ)可(kě)以(yǐ)使用(yòng)cnt1来(lái)輔助進(jìn)行场同(tóng)步信(xìn)号(hào)的(de)表(biǎo)示，即cnt1計(jì)數結束(shù)則代(dài)表(biǎo)一(yī)“行”結束(shù)。
在(zài)场同(tóng)步信(xìn)号(hào)中(zhōng)補充时(shí)間(jiān)信(xìn)号(hào)，得到(dào)带(dài)有(yǒu)时(shí)間(jiān)信(xìn)号(hào)的(de)时(shí)序图(tú)如(rú)下(xià)所(suǒ)示。
图(tú)3.9-7带(dài)时(shí)間(jiān)信(xìn)息的(de)VGA场同(tóng)步时(shí)序
很顯然，若要(yào)産生(shēng)这(zhè)一(yī)时(shí)序還(huán)需要(yào)另(lìng)1个(gè)計(jì)數器，将該計(jì)數器命名为(wèi)cnt2。該計(jì)數器的(de)作用(yòng)是(shì)計(jì)數行的(de)數量(liàng)，所(suǒ)以(yǐ)cnt2的(de)加1条(tiáo)件(jiàn)为(wèi)一(yī)行結束(shù)，即end_cnt1，可(kě)写成(chéng)：assign add_cnt2 = end_cnt1。從上(shàng)图(tú)可(kě)知，該計(jì)數器的(de)計(jì)數數量(liàng)为(wèi)525。綜上(shàng)所(suǒ)述得到(dào)該計(jì)數器的(de)代(dài)碼如(rú)下(xià)所(suǒ)示：
确定(dìng)了(le)計(jì)數器cnt2，則vys信(xìn)号(hào)的(de)設計(jì)就(jiù)有(yǒu)了(le)对(duì)齊的(de)对(duì)象(xiàng)。從时(shí)序图(tú)可(kě)以(yǐ)發(fà)現(xiàn)：vys有(yǒu)两(liǎng)个(gè)變(biàn)化(huà)點(diǎn)，一(yī)个(gè)是(shì)cnt2數到(dào)2个(gè)时(shí)，信(xìn)号(hào)值由(yóu)0變(biàn)1；另(lìng)一(yī)个(gè)是(shì)當cnt2數到(dào)525个(gè)时(shí)，信(xìn)号(hào)值由(yóu)1變(biàn)0。下(xià)面(miàn)将vys信(xìn)号(hào)翻譯成(chéng)代(dài)碼，在(zài)編輯模式下(xià)輸入(rù)“Shixu2”，調用(yòng)至(zhì)簡設計(jì)法模板，然後(hòu)補充完整，得到(dào)场同(tóng)步信(xìn)号(hào)的(de)代(dài)碼如(rú)下(xià)：
图(tú)3.9-8VGA顯示矩阵(zhèn)效果(guǒ)图(tú)
最(zuì)後(hòu)還(huán)需要(yào)設計(jì)lcd_rgb信(xìn)号(hào)。從設計(jì)目标(biāo)可(kě)知顯示器中(zhōng)一(yī)共(gòng)需要(yào)顯示三(sān)種(zhǒng)顔色(sè)：紅(hóng)色(sè)、綠(lǜ)色(sè)和(hé)白色(sè)。上(shàng)一(yī)章(zhāng)节(jié)中(zhōng)列出(chū)了(le)設計(jì)使用(yòng)顔色(sè)的(de)相應(yìng)信(xìn)号(hào)值，當lcd_rgb等于(yú)16’b11111_000000_00000时(shí)表(biǎo)示紅(hóng)色(sè)；lcd_rgb等于(yú)16’b00000_111111_00000时(shí)表(biǎo)示綠(lǜ)色(sè)；lcd_rgb等于(yú)16’b11111_111111_11111时(shí)表(biǎo)示白色(sè)。这(zhè)里(lǐ)一(yī)定(dìng)要(yào)注意(yì)，設計(jì)目标(biāo)需要(yào)在(zài)“顯示區(qū)域”才能(néng)進(jìn)行顔色(sè)賦值，在(zài)其他(tā)區(qū)域內(nèi)要(yào)将lcd_rgb的(de)值賦值为(wèi)0。
确定(dìng)VGA背景的(de)講解(jiě)部(bù)分(fēn)有(yǒu)講解(jiě)过(guò)顯示區(qū)域如(rú)何确定(dìng)，场同(tóng)步信(xìn)号(hào)处于(yú)顯示區(qū)域且行同(tóng)步信(xìn)号(hào)也(yě)处于(yú)顯示區(qū)域时(shí)才是(shì)真(zhēn)正(zhèng)的(de)顯示區(qū)域，而(ér)其他(tā)區(qū)域中(zhōng)紅(hóng)、綠(lǜ)、藍(lán)基色(sè)都應(yìng)賦值为(wèi)低電(diàn)平时(shí)，從而(ér)实現(xiàn)VGA顔色(sè)顯示。而(ér)針(zhēn)对(duì)本(běn)設計(jì)，可(kě)以(yǐ)看(kàn)到(dào)为(wèi)了(le)实現(xiàn)矩阵(zhèn)顯示，不(bù)同(tóng)顯示區(qū)域顯示顔色(sè)不(bù)同(tóng)，因(yīn)此(cǐ)需要(yào)仔细(xì)區(qū)分(fēn)在(zài)什麼(me)时(shí)候分(fēn)别輸出(chū)相應(yìng)的(de)顔色(sè)賦值。
結合VGA时(shí)序可(kě)以(yǐ)知道(dào)行同(tóng)步信(xìn)号(hào)的(de)顯示區(qū)域在(zài)同(tóng)步脈沖和(hé)顯示後(hòu)沿之後(hòu)且在(zài)顯示前(qián)沿之前(qián)，轉(zhuǎn)化(huà)为(wèi)代(dài)碼表(biǎo)示即为(wèi)cnt1>=（96+48）&&cnt1<（96+48+640）；场同(tóng)步信(xìn)号(hào)的(de)顯示區(qū)域同(tóng)樣(yàng)为(wèi)同(tóng)步脈沖和(hé)顯示後(hòu)沿之後(hòu)且顯示前(qián)沿之前(qián)，轉(zhuǎn)化(huà)为(wèi)代(dài)碼表(biǎo)示即为(wèi)cnt2>=(2+33) &&cnt2<（2+33+480）。顯示器的(de)实際顯示區(qū)域是(shì)行同(tóng)步信(xìn)号(hào)和(hé)场同(tóng)步信(xìn)号(hào)都处于(yú)顯示區(qū)域，轉(zhuǎn)化(huà)为(wèi)代(dài)碼表(biǎo)示即顯示區(qū)域为(wèi)(cnt1>=（96+48）&&cnt1<（96+48+640）)，并且(cnt2>=(2+33) &&cnt2<（2+33+480）)。
在(zài)顯示區(qū)域中(zhōng)包(bāo)含了(le)紅(hóng)色(sè)區(qū)域、綠(lǜ)色(sè)區(qū)域和(hé)白色(sè)區(qū)域。下(xià)面(miàn)按照VGA顯示矩阵(zhèn)效果(guǒ)图(tú)将其翻譯为(wèi)代(dài)碼表(biǎo)示。
代(dài)碼編写时(shí)可(kě)以(yǐ)将紅(hóng)色(sè)區(qū)域看(kàn)为(wèi)單独的(de)四(sì)个(gè)长方(fāng)形，因(yīn)此(cǐ)紅(hóng)色(sè)區(qū)域可(kě)表(biǎo)示为(wèi)：
(cnt1>=（96+48）&&cnt1<（96+48+20）) 或(huò)者(zhě)
(cnt1>=（96+48+620）&&cnt1<（96+48+640）) 或(huò)者(zhě)
(cnt2>= (2+33) &&cnt2<（2+33+20）) 或(huò)者(zhě)
(cnt2>= (2+33+460) &&cnt2<（2+33+480）)
此(cǐ)时(shí)，lcd_rgb的(de)輸出(chū)为(wèi)“16’b11111_000000_00000”；
綠(lǜ)色(sè)區(qū)域可(kě)以(yǐ)看(kàn)做一(yī)个(gè)完整的(de)长方(fāng)形，綠(lǜ)色(sè)區(qū)域可(kě)表(biǎo)示为(wèi)：
(cnt1>=（96+48+320-75）&&cnt1<（96+48+320+75）) 并且
(cnt2>= (2+33+240-50) &&cnt2<（2+33+240+50）)
此(cǐ)时(shí)，lcd_rgb的(de)輸出(chū)为(wèi)“16’b00000_111111_00000”；
本(běn)項目一(yī)共(gòng)需要(yào)顯示三(sān)種(zhǒng)顔色(sè)，綠(lǜ)色(sè)和(hé)紅(hóng)色(sè)區(qū)域已經(jīng)表(biǎo)示出(chū)来(lái)了(le)，那(nà)麼(me)白色(sè)區(qū)域即为(wèi)顯示區(qū)域中(zhōng)非(fēi)紅(hóng)色(sè)區(qū)域并且非(fēi)綠(lǜ)色(sè)區(qū)域的(de)部(bù)分(fēn)，此(cǐ)时(shí)lcd_rgb輸出(chū)“16’b11111_111111_11111”。
綜上(shàng)所(suǒ)述，可(kě)以(yǐ)写出(chū)lcd_rgb的(de)代(dài)碼如(rú)下(xià)：
至(zhì)此(cǐ)，主(zhǔ)體(tǐ)程序已經(jīng)完成(chéng)。
接下(xià)来(lái)将module補充完整，首先(xiān)来(lái)定(dìng)義信(xìn)号(hào)類(lèi)型。再次(cì)強(qiáng)調，在(zài)進(jìn)行reg和(hé)wire的(de)判斷的(de)时(shí)候，總(zǒng)容易存在(zài)多(duō)餘的(de)聯想(xiǎng)，比如(rú)認为(wèi)reg就(jiù)是(shì)寄存器，wire是(shì)線(xiàn)；或(huò)者(zhě)認为(wèi)reg会(huì)綜合成(chéng)寄存器，wire不(bù)会(huì)綜合成(chéng)寄存器。但是(shì)这(zhè)些其实和(hé)reg型還(huán)是(shì)wire型都并无關(guān)系(xì)，在(zài)信(xìn)号(hào)類(lèi)型的(de)判斷时(shí)不(bù)需要(yào)做任何的(de)聯想(xiǎng)，只(zhī)要(yào)記(jì)住一(yī)个(gè)規則“用(yòng)always实現(xiàn)的(de)是(shì)reg型，其他(tā)都是(shì)wire型”就(jiù)可(kě)以(yǐ)了(le)。
cnt0是(shì)用(yòng)always産生(shēng)的(de)信(xìn)号(hào)，因(yīn)此(cǐ)類(lèi)型为(wèi)reg。cnt0計(jì)數的(de)最(zuì)大值为(wèi)1，需要(yào)用(yòng)1根(gēn)線(xiàn)表(biǎo)示，即位宽(kuān)是(shì)1位。
add_cnt0和(hé)end_cnt0都是(shì)用(yòng)assign方(fāng)式設計(jì)的(de)，因(yīn)此(cǐ)類(lèi)型为(wèi)wire。其值是(shì)0或(huò)者(zhě)1，用(yòng)1根(gēn)線(xiàn)表(biǎo)示即可(kě)。
編輯模式下(xià)輸入(rù)“Reg1”“Wire1”可(kě)調用(yòng)至(zhì)簡設計(jì)法模板，補充完整後(hòu)得到(dào)代(dài)碼如(rú)下(xià)：
cnt1是(shì)用(yòng)always産生(shēng)的(de)信(xìn)号(hào)，因(yīn)此(cǐ)類(lèi)型为(wèi)reg。cnt1計(jì)數的(de)最(zuì)大值为(wèi)800，那(nà)如(rú)何确定(dìng)該值对(duì)應(yìng)的(de)位宽(kuān)是(shì)多(duō)少(shǎo)呢？至(zhì)簡設計(jì)法在(zài)这(zhè)里(lǐ)分(fēn)享一(yī)个(gè)非(fēi)常实用(yòng)的(de)技巧，打(dǎ)開(kāi)計(jì)算器，點(diǎn)擊“查看(kàn)”，選擇“程序員”模式，在(zài)“十(shí)進(jìn)制”下(xià)将信(xìn)号(hào)值輸入(rù)進(jìn)去(qù)，就(jiù)会(huì)獲得对(duì)應(yìng)的(de)信(xìn)号(hào)位宽(kuān)。利用(yòng)这(zhè)一(yī)方(fāng)法将cnt1的(de)最(zuì)大計(jì)數器800輸入(rù)到(dào)計(jì)算器中(zhōng)，如(rú)下(xià)图(tú)所(suǒ)示，可(kě)以(yǐ)看(kàn)出(chū)其位宽(kuān)为(wèi)10。本(běn)設計(jì)的(de)數位比較小，这(zhè)種(zhǒng)方(fāng)法在(zài)後(hòu)續遇到(dào)比較大的(de)數字(zì)时(shí)会(huì)方(fāng)便很多(duō)，且不(bù)容易發(fà)生(shēng)錯誤。
图(tú)3.9-9通(tòng)过(guò)計(jì)算器獲取(qǔ)信(xìn)号(hào)位宽(kuān)
因(yīn)此(cǐ)可(kě)得cnt1定(dìng)義代(dài)碼如(rú)下(xià)：
add_cnt1和(hé)end_cnt1都是(shì)用(yòng)assign方(fāng)式設計(jì)的(de)，因(yīn)此(cǐ)類(lèi)型为(wèi)wire，并且其值是(shì)0或(huò)者(zhě)1，用(yòng)1根(gēn)線(xiàn)表(biǎo)示即可(kě)。編輯模式下(xià)輸入(rù)“Wire1”調用(yòng)至(zhì)簡設計(jì)法模板，補充完整後(hòu)得到(dào)代(dài)碼如(rú)下(xià)：
cnt2是(shì)用(yòng)always産生(shēng)的(de)信(xìn)号(hào)，因(yīn)此(cǐ)類(lèi)型为(wèi)reg。cnt2計(jì)數的(de)最(zuì)大值为(wèi)525，需要(yào)用(yòng)10根(gēn)線(xiàn)表(biǎo)示，即位宽(kuān)是(shì)10位。其具體(tǐ)代(dài)碼如(rú)下(xià)：
add_cnt2和(hé)end_cnt2都是(shì)用(yòng)assign方(fāng)式設計(jì)的(de)，因(yīn)此(cǐ)類(lèi)型为(wèi)wire，并且其值是(shì)0或(huò)者(zhě)1，用(yòng)1根(gēn)線(xiàn)表(biǎo)示即可(kě)。編輯模式下(xià)輸入(rù)“Wire1”調用(yòng)至(zhì)簡設計(jì)法模板，補充完整後(hòu)得到(dào)代(dài)碼如(rú)下(xià)：
lcd_rgb是(shì)用(yòng)always方(fāng)式設計(jì)的(de)，因(yīn)此(cǐ)類(lèi)型为(wèi)reg。其位宽(kuān)是(shì)16位，16根(gēn)線(xiàn)表(biǎo)示即可(kě)。編輯模式下(xià)輸入(rù)“Reg16”調用(yòng)至(zhì)簡設計(jì)法模板，補充完整後(hòu)得到(dào)代(dài)碼如(rú)下(xià)：
hys和(hé)vys是(shì)用(yòng)always方(fāng)式設計(jì)的(de)，因(yīn)此(cǐ)類(lèi)型为(wèi)reg，其值是(shì)0或(huò)1，需要(yào)1根(gēn)線(xiàn)表(biǎo)示即可(kě)。編輯模式下(xià)輸入(rù)“Reg1”調用(yòng)至(zhì)簡設計(jì)法模板，補充完整後(hòu)得到(dào)代(dài)碼如(rú)下(xià)：
至(zhì)此(cǐ)，整个(gè)代(dài)碼的(de)設計(jì)工作已經(jīng)完成(chéng)。回(huí)顧一(yī)下(xià)本(běn)工程的(de)整个(gè)代(dài)碼設計(jì)，可(kě)以(yǐ)發(fà)現(xiàn)一(yī)共(gòng)需要(yào)3个(gè)計(jì)數器，这(zhè)里(lǐ)同(tóng)樣(yàng)分(fēn)享一(yī)个(gè)至(zhì)簡設計(jì)法代(dài)碼模板，在(zài)“GVIM”中(zhōng)使用(yòng)快(kuài)捷命令“Jsq3”可(kě)以(yǐ)調出(chū)3个(gè)計(jì)數器的(de)模板，調出(chū)的(de)“Jsq3”模板如(rú)下(xià)图(tú)所(suǒ)示，補充完整後(hòu)可(kě)以(yǐ)得到(dào)完整的(de)計(jì)數器代(dài)碼。
图(tú)3.9-10至(zhì)簡設計(jì)法調用(yòng)3个(gè)計(jì)數器模板
最(zuì)終(zhōng)得到(dào)整个(gè)工程的(de)代(dài)碼如(rú)下(xià)：
下(xià)一(yī)步是(shì)新建工程和(hé)上(shàng)板查看(kàn)現(xiàn)象(xiàng)。
第(dì)4节(jié) 綜合與(yǔ)上(shàng)板4.1 新建工程
打(dǎ)開(kāi)软(ruǎn)件(jiàn)Quartus Ⅱ，點(diǎn)擊“File”下(xià)拉列表(biǎo)中(zhōng)的(de)New Project Wzard...新建工程選項，如(rú)下(xià)图(tú)所(suǒ)示。
图(tú)3.9-11Quartus新建工程
随後(hòu)会(huì)出(chū)現(xiàn)Quartus新建工程介紹，如(rú)下(xià)图(tú)所(suǒ)示，直(zhí)接點(diǎn)擊“Next”。
图(tú)3.9-12Quartus新建工程介紹
此(cǐ)时(shí)会(huì)出(chū)現(xiàn)工程文(wén)件(jiàn)夾、工程名、頂层模块(kuài)名設置界面(miàn)，如(rú)图(tú)3.9- 13所(suǒ)示。設置目录(lù)为(wèi)：D:/mdy_book/rec_exec1，工程名和(hé)頂层名为(wèi)rec_exec1。再次(cì)強(qiáng)調，为(wèi)了(le)避免初学者(zhě)在(zài)後(hòu)續操作中(zhōng)發(fà)生(shēng)程序跳出(chū)未知錯誤的(de)問(wèn)題(tí)，強(qiáng)烈建議設置的(de)文(wén)件(jiàn)目录(lù)和(hé)工程名稱與(yǔ)本(běn)書(shū)保持(chí)一(yī)致(zhì)。設置完成(chéng)後(hòu)點(diǎn)擊“Next”。
图(tú)3.9-13QUARTUS新建工程設置名稱
新建工程類(lèi)型設置如(rú)下(xià)图(tú)所(suǒ)示，選擇“Empty project”，然後(hòu)點(diǎn)擊“Next”。
图(tú)3.9-14QUARTUS新建工程類(lèi)型
接下(xià)来(lái)進(jìn)行文(wén)件(jiàn)添加，其界面(miàn)如(rú)下(xià)图(tú)所(suǒ)示。點(diǎn)擊右(yòu)側的(de)“Add”按鈕，選擇之前(qián)写好(hǎo)的(de)“rec_exec1.v”文(wén)件(jiàn)，可(kě)以(yǐ)看(kàn)到(dào)界面(miàn)下(xià)方(fāng)会(huì)顯示出(chū)文(wén)件(jiàn)，之後(hòu)點(diǎn)擊“Next”。
图(tú)3.9-15QUARTUS添加文(wén)件(jiàn)
图(tú)3.9-16为(wèi)芯片(piàn)選擇页(yè)面(miàn)，選擇“Cyclone ⅣE”，在(zài)芯片(piàn)型号(hào)選擇处選擇“EP4CE15F23C8”，之後(hòu)點(diǎn)擊“Next”。
图(tú)3.9-16QUARTUS選擇芯片(piàn)型号(hào)
图(tú)3.9- 17为(wèi)QUARTUS設置工具界面(miàn)，不(bù)必做任何修改，直(zhí)接點(diǎn)擊“Next”。
图(tú)3.9-17QUARTUS設置工具界面(miàn)
下(xià)图(tú)为(wèi)QUARTUS新建工程彙總(zǒng)界面(miàn)，可(kě)以(yǐ)看(kàn)到(dào)新建工程的(de)彙總(zǒng)情(qíng)況，點(diǎn)擊“Finish”完成(chéng)新建工程。
图(tú)3.9-18QUARTUS新建工程彙總(zǒng)界面(miàn)
4.2 綜合
新建工程步驟完成(chéng)後(hòu)，就(jiù)会(huì)出(chū)現(xiàn)如(rú)下(xià)图(tú)所(suǒ)示的(de) QUARTUS新建工程後(hòu)界面(miàn)。
图(tú)3.9-19QUARTUS新建工程後(hòu)界面(miàn)
點(diǎn)擊編譯按鈕，可(kě)以(yǐ)对(duì)整个(gè)工程進(jìn)行編譯。編譯成(chéng)功的(de)界面(miàn)如(rú)下(xià)图(tú)所(suǒ)示。
图(tú)3.9-20QUARTUS編譯後(hòu)界面(miàn)
下(xià)面(miàn)需要(yào)对(duì)相應(yìng)管(guǎn)脚進(jìn)行配置。如(rú)下(xià)图(tú)所(suǒ)示，在(zài)菜單欄中(zhōng)選中(zhōng)“Assignments”，然後(hòu)選擇“Pin Planner”，随後(hòu)就(jiù)会(huì)弹出(chū)配置管(guǎn)脚的(de)窗(chuāng)口(kǒu)。
图(tú)3.9-21QUARTUS配置管(guǎn)脚選項
在(zài)配置窗(chuāng)口(kǒu)最(zuì)下(xià)方(fāng)中(zhōng)的(de)“location”一(yī)列，參考信(xìn)号(hào)和(hé)管(guǎn)脚關(guān)系(xì)，按照表(biǎo)3.9- 2中(zhōng)最(zuì)右(yòu)两(liǎng)列配置好(hǎo)FPGA管(guǎn)脚，配置管(guǎn)理来(lái)源參見(jiàn)管(guǎn)脚配置环(huán)节(jié)，最(zuì)終(zhōng)配置的(de)結果(guǒ)如(rú)图(tú)3.9-22。配置完成(chéng)後(hòu)，關(guān)閉Pin Planner，软(ruǎn)件(jiàn)自(zì)動(dòng)会(huì)保存管(guǎn)脚配置信(xìn)息。
表(biǎo)3.9 - 2信(xìn)号(hào)和(hé)管(guǎn)脚關(guān)系(xì)
图(tú)3.9-22 QUARTUS配置管(guǎn)脚
4.4 再次(cì)綜合
再次(cì)打(dǎ)開(kāi)“QUARTUS”软(ruǎn)件(jiàn)，在(zài)菜單欄中(zhōng)選中(zhōng)“Processing”，然後(hòu)選擇“Start Compilation”，再次(cì)对(duì)整个(gè)工程進(jìn)行編譯和(hé)綜合，如(rú)图(tú)3.9- 23所(suǒ)示。
图(tú)3.9-23QUARTUS編譯選項
當出(chū)現(xiàn)如(rú)下(xià)图(tú)所(suǒ)示的(de)QUARTUS編譯成(chéng)功标(biāo)志則说(shuō)明(míng)編譯綜合成(chéng)功。
图(tú)3.9-24QUARTUS編譯成(chéng)功标(biāo)志
完成(chéng)編譯後(hòu)開(kāi)始進(jìn)行上(shàng)板調試操作，按照下(xià)图(tú)的(de)方(fāng)式将下(xià)载器接入(rù)電(diàn)腦USB接口(kǒu)，接上(shàng)開(kāi)發(fà)板電(diàn)源，将開(kāi)發(fà)板的(de)VGA口(kǒu)連(lián)接到(dào)一(yī)台(tái)顯示器上(shàng)，然後(hòu)按下(xià)下(xià)方(fāng)藍(lán)色(sè)開(kāi)關(guān)，硬(yìng)件(jiàn)連(lián)接完畢。
图(tú)3.9-25開(kāi)發(fà)板連(lián)接图(tú)
4.6 上(shàng)板
打(dǎ)開(kāi)QUARTUS界面(miàn)，單擊界面(miàn)中(zhōng)的(de)“file:///C:UsersxkdnAppDataLocalTempksohtml9492wps69.jpg”，則会(huì)弹出(chū)配置界面(miàn)。在(zài)界面(miàn)中(zhōng)點(diǎn)擊“add file”添加“.sof”文(wén)件(jiàn)後(hòu)點(diǎn)擊“Start”，会(huì)在(zài)“Progress”出(chū)現(xiàn)顯示進(jìn)度(dù)。
图(tú)3.9-26QUARTUS界面(miàn)
QUARTUS下(xià)载程序界面(miàn)如(rú)下(xià)图(tú)所(suǒ)示，當進(jìn)度(dù)条(tiáo)到(dào)100%提(tí)示成(chéng)功後(hòu)，即可(kě)在(zài)顯示器上(shàng)观察到(dào)相應(yìng)的(de)現(xiàn)象(xiàng)。
图(tú)3.9-27QUARTUS下(xià)载程序界面(miàn)
進(jìn)度(dù)条(tiáo)提(tí)示成(chéng)功後(hòu)，如(rú)果(guǒ)操作无誤此(cǐ)时(shí)可(kě)以(yǐ)在(zài)顯示器上(shàng)看(kàn)到(dào)紅(hóng)色(sè)區(qū)域外(wài)框與(yǔ)綠(lǜ)色(sè)區(qū)域結合的(de)矩阵(zhèn)顯示。如(rú)果(guǒ)沒(méi)有(yǒu)顯示成(chéng)功，就(jiù)需要(yào)返回(huí)檢查一(yī)下(xià)連(lián)接是(shì)否到(dào)位，代(dài)碼是(shì)否編写正(zhèng)确。如(rú)果(guǒ)无法自(zì)己完成(chéng)錯誤排查的(de)話(huà)，可(kě)以(yǐ)重(zhòng)新按照步驟操作一(yī)遍(biàn)，相信(xìn)一(yī)定(dìng)会(huì)达(dá)到(dào)想(xiǎng)要(yào)的(de)效果(guǒ)。
第(dì)5节(jié) 簡化(huà)版步驟分(fēn)享
这(zhè)里(lǐ)依旧(jiù)会(huì)分(fēn)享簡化(huà)版的(de)步驟，方(fāng)便掌握基礎原理後(hòu)進(jìn)行反(fǎn)複操作複習。
5.1 設計(jì)实現(xiàn)5.1.1 頂层接口(kǒu)
新建目录(lù)：D:mdy_book
ec_exec1。在(zài)該目录(lù)中(zhōng)，新建一(yī)个(gè)名为(wèi)rec_exec1.v的(de)文(wén)件(jiàn)，并用(yòng)GVIM打(dǎ)開(kāi)，開(kāi)始編写代(dài)碼。
确定(dìng)頂层信(xìn)号(hào)，信(xìn)号(hào)和(hé)管(guǎn)脚的(de)对(duì)應(yìng)關(guān)系(xì)見(jiàn)表(biǎo)3.9- 2。
表(biǎo)3.9 –2 信(xìn)号(hào)和(hé)管(guǎn)脚關(guān)系(xì)
写出(chū)頂层信(xìn)号(hào)代(dài)碼：
聲明(míng)輸入(rù)輸出(chū)屬性(xìng)：
5.1.2 信(xìn)号(hào)設計(jì)
首先(xiān)進(jìn)行架構設計(jì)。設計(jì)目标(biāo)中(zhōng)确定(dìng)顯示器中(zhōng)需要(yào)顯示640*480分(fēn)辨率的(de)图(tú)像，因(yīn)此(cǐ)使用(yòng)下(xià)表(biǎo)中(zhōng)的(de)第(dì)一(yī)種(zhǒng)分(fēn)辨率。
表(biǎo)3.9–1 VGA常用(yòng)分(fēn)辨率
分(fēn)析設計(jì)目标(biāo)可(kě)得VGA行同(tóng)步信(xìn)号(hào)，其时(shí)序图(tú)如(rú)下(xià)所(suǒ)示。
图(tú)3.9-3VGA行同(tóng)步信(xìn)号(hào)时(shí)序
設計(jì)計(jì)數器架構，表(biǎo)示計(jì)數基準时(shí)間(jiān)的(de)計(jì)數器cnt0代(dài)碼如(rú)下(xià)：
表(biǎo)示計(jì)數hys长度(dù)的(de)計(jì)數器cnt1代(dài)碼如(rú)下(xià)：
設計(jì)行同(tóng)步信(xìn)号(hào)的(de)代(dài)碼如(rú)下(xià)：
設計(jì)VGA场同(tóng)步时(shí)序計(jì)數器cnt2代(dài)碼如(rú)下(xià)：
設計(jì)场同(tóng)步信(xìn)号(hào)的(de)代(dài)碼如(rú)下(xià)：
設計(jì)lcd_rgb信(xìn)号(hào)代(dài)碼如(rú)下(xià)：
至(zhì)此(cǐ)，主(zhǔ)體(tǐ)程序已經(jīng)完成(chéng)，接下(xià)来(lái)将module補充完整。
首先(xiān)定(dìng)義信(xìn)号(hào)類(lèi)型，cnt0、add_cnt0 和(hé) end_cnt0的(de)信(xìn)号(hào)定(dìng)義如(rú)下(xià)：
cnt1的(de)信(xìn)号(hào)定(dìng)義如(rú)下(xià)：
add_cnt1和(hé)end_cnt1的(de)信(xìn)号(hào)定(dìng)義如(rú)下(xià)：
cnt2的(de)信(xìn)号(hào)定(dìng)義如(rú)下(xià)：
add_cnt2和(hé)end_cnt2的(de)信(xìn)号(hào)定(dìng)義如(rú)下(xià)：
lcd_rgb的(de)信(xìn)号(hào)定(dìng)義如(rú)下(xià)：
hys和(hé)vys代(dài)碼如(rú)下(xià)：
至(zhì)此(cǐ)，整个(gè)代(dài)碼的(de)設計(jì)工作已經(jīng)完成(chéng)。最(zuì)終(zhōng)得到(dào)完整的(de)設計(jì)代(dài)碼如(rú)下(xià)：
下(xià)一(yī)步是(shì)新建工程和(hé)上(shàng)板查看(kàn)現(xiàn)象(xiàng)。
5.2 綜合與(yǔ)上(shàng)板5.2.1 新建工程
打(dǎ)開(kāi)软(ruǎn)件(jiàn)Quartus Ⅱ，點(diǎn)擊“File”下(xià)拉列表(biǎo)中(zhōng)的(de)New Project Wzard...新建工程選項。
图(tú)3.9-11Quartus新建工程
直(zhí)接點(diǎn)擊“Next”。
图(tú)3.9-12Quartus新建工程介紹
此(cǐ)时(shí)出(chū)現(xiàn)的(de)是(shì)工程文(wén)件(jiàn)夾、工程名、頂层模块(kuài)名設置界面(miàn)（目录(lù)为(wèi)：D:/mdy_book/rec_exec1，工程名和(hé)頂层名为(wèi)rec_exec1），完成(chéng)設置後(hòu)點(diǎn)擊“Next”。
图(tú)3.9-13 QUARTUS新建工程設置名稱
選擇“Empty project”後(hòu)點(diǎn)擊“Next”。
图(tú)3.9-14 QUARTUS新建工程類(lèi)型
點(diǎn)擊右(yòu)側的(de)“Add”按鈕，選擇“color_exec1.v”文(wén)件(jiàn)後(hòu)點(diǎn)擊“Next”，完成(chéng)文(wén)件(jiàn)添加。
图(tú)3.9-15 QUARTUS添加文(wén)件(jiàn)
对(duì)芯片(piàn)型号(hào)進(jìn)行選擇，在(zài)“Device family”選項中(zhōng)選擇“Cyclone ⅣE”，“Available devices”選項中(zhōng)選擇“EP4CE15F23C8”，随後(hòu)點(diǎn)擊“Next”。
图(tú)3.9-16 QUARTUS選擇芯片(piàn)型号(hào)
直(zhí)接點(diǎn)擊“Next”。
图(tú)3.9-17 QUARTUS設置工具界面(miàn)
點(diǎn)擊“Finish”，完成(chéng)新建工程。
图(tú)3.9-18 QUARTUS新建工程彙總(zǒng)界面(miàn)
5.2.2 綜合
新建工程後(hòu)界面(miàn)如(rú)下(xià)图(tú)所(suǒ)示，點(diǎn)擊“編譯”。
图(tú)3.9-19 QUARTUS新建工程後(hòu)界面(miàn)
編譯成(chéng)功如(rú)下(xià)图(tú)所(suǒ)示。
图(tú)3.9-20 QUARTUS編譯後(hòu)界面(miàn)
進(jìn)行管(guǎn)脚配置，在(zài)菜單欄中(zhōng)點(diǎn)擊“Assignments”後(hòu)點(diǎn)擊“Pin Planner”，此(cǐ)时(shí)会(huì)弹出(chū)配置管(guǎn)脚的(de)窗(chuāng)口(kǒu)。
图(tú)3.9-21 QUARTUS配置管(guǎn)脚選項
在(zài)配置窗(chuāng)口(kǒu)“location”根(gēn)據(jù)信(xìn)号(hào)和(hé)管(guǎn)脚關(guān)系(xì)配置管(guǎn)脚，配置完成(chéng)關(guān)閉“Pin Planner”即可(kě)自(zì)動(dòng)保存配置信(xìn)息。
图(tú)3.9-22 QUARTUS配置管(guǎn)脚
5.2.4 再次(cì)綜合
再次(cì)打(dǎ)開(kāi)“QUARTUS”软(ruǎn)件(jiàn)，在(zài)菜單欄中(zhōng)選擇“Processing”，随後(hòu)點(diǎn)擊“Start Compilation”再次(cì)進(jìn)行綜合。
图(tú)3.9-23 QUARTUS編譯選項
出(chū)現(xiàn) QUARTUS 編譯成(chéng)功标(biāo)志时(shí)表(biǎo)示此(cǐ)次(cì)編譯成(chéng)功。
图(tú)3.9-24 QUARTUS編譯成(chéng)功标(biāo)志
下(xià)载器接入(rù)電(diàn)腦 USB 接口(kǒu)，将開(kāi)發(fà)板接上(shàng)電(diàn)源，開(kāi)發(fà)板的(de)VGA口(kǒu)連(lián)接到(dào)一(yī)台(tái)顯示器上(shàng)後(hòu)按下(xià)藍(lán)色(sè)開(kāi)關(guān)。
图(tú)3.9-25開(kāi)發(fà)板連(lián)接图(tú)
5.2.6 上(shàng)板
打(dǎ)開(kāi) QUARTUS 界面(miàn)後(hòu)單擊“ 
图(tú)3.9-26 QUARTUS界面(miàn)
點(diǎn)擊“add file”，添加.sof文(wén)件(jiàn)，完成(chéng)添加後(hòu)點(diǎn)擊“Start”，在(zài)“Progress”中(zhōng)会(huì)顯示進(jìn)度(dù)，當進(jìn)度(dù)条(tiáo)顯示“100%”为(wèi)成(chéng)功，可(kě)观察顯示器現(xiàn)象(xiàng)。如(rú)果(guǒ)此(cǐ)时(shí)開(kāi)發(fà)板連(lián)接的(de)顯示器顯示出(chū)了(le)設計(jì)目标(biāo)中(zhōng)需要(yào)的(de)画(huà)面(miàn)則代(dài)表(biǎo)設計(jì)成(chéng)功。
图(tú)3.9-27 QUARTUS下(xià)载程序界面(miàn)
第(dì)6节(jié) 擴展(zhǎn)練習
至(zhì)此(cǐ)，VGA顯示矩阵(zhèn)設計(jì)已經(jīng)完成(chéng)，相信(xìn)同(tóng)学们(men)已經(jīng)可(kě)以(yǐ)完全(quán)掌握这(zhè)一(yī)設計(jì)。那(nà)麼(me)在(zài)掌握这(zhè)項工程後(hòu)可(kě)以(yǐ)多(duō)做一(yī)些思(sī)考，嘗試在(zài)工程原理不(bù)變(biàn)的(de)基礎上(shàng)進(jìn)行一(yī)定(dìng)的(de)數據(jù)調整，試着改變(biàn)图(tú)像顯示區(qū)域或(huò)者(zhě)改變(biàn)顯示顔色(sè)等參數，挑戰一(yī)下(xià)独立完成(chéng)多(duō)个(gè)設計(jì)。也(yě)欢迎有(yǒu)更(gèng)多(duō)思(sī)路(lù)和(hé)想(xiǎng)法的(de)同(tóng)学前(qián)往至(zhì)簡設計(jì)法論壇上(shàng)進(jìn)行交流讨論。
