VGA显示640*480真彩色图像时FPGA存储资源不够用怎么办

ID:91350 · 发表于 2015-11-1 15:50

本次试验采用的器件是Cyclone IV E EP4CE15F17C8，其存储资源有516096个比特。一般情况下，如果我们要用纯逻辑在VGA显示器上显示一幅640*480真彩色图像时需要存储资源为640*480*24=7372800比特，是本次试验所用器件的存储资源的14多倍。很明显，存储资源远远不够用，怎么办？很多人想到的用FPGA显示图像的解决办法一般要么显示640*480二值图像（307200比特，刚好够用），要么搭建一个嵌入式系统，然后由嵌入式软件传送图像数据给FPGA进行VGA显示。而本次试验将给出FPGA纯逻辑显示640*480彩色图像，存储资源不够用，怎么办？当然是先缩小图像存放于只读存储器ROM中，再放大显示。虽然这样做显示出来的图像有点粗糙，但达到在存储资源不够的情况显示640*480彩色图像的目的。那么，图像该缩小到多大？嗯。。。为了避免显示畸形，应该在横向和纵向缩放相同的比率。经过计算，横向和纵向各缩小4倍，即由分辨率640*480到160*120。这可以用画图实现，如图1所示。然后将图片另存为bmp文件。

图1 图像分辨率设置

此时，需要FPGA存储资源为160*120*24=460800比特，刚好够用。于是乎，生成mif文件，如图2所示。

图2 生成mif文件

接着，在工程中调用ROM并加载刚刚生成的mif文件，如图3和图4所示。

图3 设置ROM的数据位宽和深度

图4 加载mif文件

当工程全部搭建好后，编译综合，结果出现错误，如图5所示。根据错误提示，本工程占用的存储资源过多，需要60块M9K，而该系列FPGA只有56块M9K，从而不够用。

图5 编译综合报错

那怎么办呢？继续缩小图片？NO，再缩小，显示出来的图像还能看吗？我们应该从其他方面着手，让24位图像变为16位图像，16位图像数据可以显示65536中颜色，人眼是很难分辨出来的，故该方案可以真彩色图像的效果。mif文件生成如图6所示，选择RGB565（其实该软件生成的是BGR565的图像数据）。

图6 生成RGB565mif文件

重新将mif文件加载到ROM中，如图7和图8所示。

图7 设置ROM数据位宽和深度

图8 加载mif文件

其中在代码实现图像放大的方法是：由于图像横向和纵向都缩小了4倍，640*480与160*120的图像数据映射关系为640*480的每行四个像素点对应160*120的一个像素点，640*480的每四行对应160*120的一行。代码如程序清单1所示。

程序清单1

//---------------------------------------------
//  lcd xpos & ypos   
wire [10:0] rom_xpos = lcd_request ? lcd_xpos : 11'd0;  
wire [10:0] rom_ypos = lcd_request ? lcd_ypos : 11'd0;  
//---------------------------------------------
//  address of ROM
wire    [14:0]      addr;
assign  addr = rom_xpos[10:2] + rom_ypos[10:2] * 11'd160;

还要将RGB565转换成RGB888进行显示，可对RGB565的地位补零，如程序清单2所示。

程序清单2

//---------------------------------------------
//  lcd data output
assign  lcd_rgb = (lcd_en == 1'b1) ? {lcd_data[4:0],3'b0,lcd_data[10:5],2'b0,lcd_data[15:11],3'b0} : 24'h000000;

工程搭建完成后，综合编译，所消耗资源如图9所示。

图9 工程消耗的资源情况

最后，将生成的sof文件下载到FPGA中，可在显示器中看到如图10所示的效果。

图10 效果图1

再给出另一张效果图，如图11所示。

图11 效果图2