基于CPLD的VGA視頻顯示系統的設計

　　引言

　　顯示系統在工業、農業及日常生活中扮演著越來越重要的角色，因此，對其進行設計與研究具有十分重要的意義。

　　CPLD(Complex Programmable Logic Device；復雜可編程邏輯器件)具有編程靈活、集成度高、設計開發周期短、適用范圍寬、開發工具先進等優點，用戶可根據自身需要構造數字集成電路。其基本設計方法是借助集成開發軟件平臺，用原理圖、硬件描述語言等方法，生成相應的目標文件，通過下載電纜將代碼傳送到目標芯片中，從而實現數字系統。CPLD的應用目前已深入網絡、儀器儀表、汽車電子、數控機床、航天測控設備等領域，其設計及應用成為電子工程師必備的一項技能。

　　系統總體設計方案

　　XC95144XL是XILINX公司推出的5ns引腳延遲、系統頻率高達178MHz、144個宏單元、3200個可用邏輯門單元的可編程邏輯器件。本設計采用XC95144XL作為數據傳輸與控制核心模塊，接受來自TMS320C6416T的視頻數據，并采用兩片IS61WV51216ALL組成緩存，以達到實時輸入輸出數據的效果。本部分實現框圖如圖1所示。

圖1 視頻顯示功能框圖

　　系統硬件設計

　　系統硬件設計主要包括：TMS320C6416T與VGA顯示系統的接口設計；2片IS61WV51216ALL SRAM組成的緩存模塊；視頻DAC模塊。

　　TMS320C6416T與VGA顯示系統的接口設計

　　來自4片TMS320C6416T的圖像處理機的EMIFB口連接在一起，并通過CPLD的仲裁，使能哪一塊圖像處理機輸出數據至VGA顯示系統。

　　采用C6416T的EMIFB口輸出處理結果，當1片C6416T要求輸出數據時，C6416T要通過GP01向CPLD發送輸出數據請求，CPLD根據內部邏輯確定是否允許C6416T請求。內部邏輯準則如下：

　　各個DSP的輸出數據請求優先級別相等，請求信號先到者先被允許，后到者不能中斷正在響應的請求。對于同時到來的請求，CPLD響應先接收到原始視頻信號的C6416T。
　　當CPLD響應一個C6416T的輸出數據請求時，CPLD向C6416T的BHOLD#信號發送響應信號（對EMIFB的保持請求輸入信號）。此時，數據開始輸出。
　　2片IS61WV51216ALL SRAM組成的緩存模塊

　　2片XC95144XL各自連接1片IS61WV51216ALL組成的圖像緩存模塊。

　　實時顯示控制：由CPLD對各個6416T圖像處理機數據輸出接口（EMIFB）總線進行總線仲裁，實現各個6416T圖像處理機的圖像數據分時輸出。由于VGA的刷新頻率大于輸入信號的頻率，因此采用兩片SRAM“乒乓存取”工作方式，組成了圖像數據緩沖區，每片SRAM存放一幀圖像，由CPLD控制其乒乓讀寫切換以達到實時顯示效果。數據緩存電路框圖如圖2所示。

圖2 數據緩存電路框圖

　　采用一組SRAM作為顯存，可以簡化系統設計、降低成本。這時可以考慮利用行時序和幀時序中SRAM總線空閑的時序段，在不關閉圖像顯示的情況下實現顯存SRAM的數據更新。該方法的更新率與數據寫速度密切相關，顯存的寫數據速度越快，該方法的更新率就越高。