圖像顯示和采集模塊,多媒體設(shè)計(jì)論文得到1T、2T、3T、4T的值后，取1T和3T中的最小值作為最大滯后時(shí)間，取2T和4T之間的最小值作為最大超前時(shí)間，則最后的相移值由最大滯后時(shí)間和最大超前時(shí)間的平均值求得。在上面計(jì)算當(dāng)中所用到的時(shí)間數(shù)據(jù)都是在整個(gè)工程完成后進(jìn)行綜合，最后得出的時(shí)序約束分析中獲得，但最終算出結(jié)果只能作為一個(gè)范圍值，起到了縮小相位偏移范圍的作用，由于計(jì)算里面沒(méi)考慮到PCB板的線延時(shí)時(shí)間和SDRAM從PLL輸出到外部引腳之間的延時(shí)時(shí)間。所以在實(shí)際工程中仍要不斷的調(diào)整相移值，能夠定位到最佳的相移值，工作量還是比擬大的，最后通過(guò)計(jì)算和實(shí)際應(yīng)用中的調(diào)整，本系統(tǒng)的系統(tǒng)時(shí)鐘為100Mhz,SDRAM的時(shí)鐘相位偏移設(shè)置為-3ns時(shí)能夠正常工作。4.2圖像顯示和采集模塊圖4-3為圖像顯示和采集模塊中主要的幾個(gè)模塊與FPGA芯片的連接方式，詳細(xì)的數(shù)據(jù)連接都展現(xiàn)出來(lái)了。LCM是通過(guò)LCM控制器與FPGA相連，I2C控制器是用來(lái)配置LCM用的，SDRAM1的作用是作為圖片數(shù)據(jù)的緩存。從完成LCM模塊的顯示功能的角度講，要設(shè)計(jì)兩個(gè)子模塊，第一，是LCM_Controller主控模塊，第二是I2C_Controller驅(qū)動(dòng)子模塊。下面介紹這兩個(gè)子模塊。4.2.1LCM主控制子模塊此模塊實(shí)現(xiàn)的主要任務(wù)是完成發(fā)送數(shù)據(jù)端與外設(shè)LCM之間的互聯(lián)，LCM的顯示原理在第二章中已經(jīng)講過(guò)，這里直接進(jìn)入設(shè)計(jì)經(jīng)過(guò)，利用verilog進(jìn)行控制器的編寫。首先簡(jiǎn)單講明一下設(shè)計(jì)的方式方法和原則，設(shè)計(jì)邏輯構(gòu)造如此圖4-4所示，模塊中首先要進(jìn)行端口聲明、數(shù)據(jù)類型的聲明，這部分是與開發(fā)者對(duì)設(shè)計(jì)要求的定義嚴(yán)密連接在一起的，從系統(tǒng)的功能確定所要用到的信號(hào)，這對(duì)整個(gè)邏輯構(gòu)造起著重要的作用；接下來(lái)是模塊功能或者構(gòu)造描繪敘述，這部分屬于控制器的主控部分，完成數(shù)據(jù)的交互方式和走向，也就是讓控制器如何進(jìn)行工作的部分；最后一般是時(shí)序控制模塊，這部分是整個(gè)任務(wù)的節(jié)拍器，讓控制行為以何種節(jié)拍進(jìn)行工作全靠這一模塊?？偨Y(jié)起來(lái)，設(shè)計(jì)的步驟大體分為：〔1〕設(shè)計(jì)要求的定義。〔2〕決定設(shè)計(jì)方式，編寫設(shè)計(jì)代碼?！?〕綜合優(yōu)化設(shè)計(jì)代碼?！?〕處理得到網(wǎng)表配置FPGA.LCM的主控模塊就是根據(jù)這種框架設(shè)計(jì)而成，包括后面介紹的多種控制器也是根據(jù)這種形式設(shè)計(jì)，只不過(guò)是復(fù)雜度上有所區(qū)別，不過(guò)大體上是大同小異的。圖4-5就是利用Verilog設(shè)計(jì)后生成的LCM主控模塊。圖4-5中我們能夠看出輸入信號(hào)為：iRed、iGreen、iBlue、iCLK、iRST.前三路信號(hào)分別為紅、綠、藍(lán)三路八位信號(hào)是主機(jī)端從SD卡獲得的信號(hào)傳送進(jìn)來(lái)。后兩位分別是控制信號(hào)時(shí)鐘和全局復(fù)位信號(hào)。輸出信號(hào)全部是輸送到LCM端，華而不實(shí)LCM_DATA就是通過(guò)時(shí)序控制后將三路紅綠藍(lán)信號(hào)串行傳入LCM的通道；LCM_DCLK、LCM_VSYNC和LCM_HSYNC輸出的信號(hào)主要是對(duì)串行輸出的LCM_DATA在面板上的分布和時(shí)序進(jìn)行控制；LCM_GRST和LCM_SHDB分別是低電平有效的全局復(fù)位信號(hào)和低電平有效的關(guān)斷控制信號(hào)，在模塊的初始化經(jīng)過(guò)中直接給高電平，讓LCM處于工作狀態(tài)。LCM控制器的時(shí)序圖如此圖4-6所示。在LCM_VSYNC和LCM_HSYNC信號(hào)都為1,也就是行列同步信號(hào)都為高時(shí)，數(shù)據(jù)位LCM_DATA開場(chǎng)傳輸?shù)絃CM中去，并且R、G、B信號(hào)是串行傳輸，測(cè)試信號(hào)輸入的iRed、iGreen、iBlue信號(hào)分別為0、255、127,輸出的數(shù)據(jù)則是在時(shí)鐘上升沿有效，串行傳輸，其順序如此圖中所示為GBRGB.圖4-7也是LCM控制器的時(shí)序圖，主要表示的是行掃描信號(hào)與列掃描信號(hào)之間的關(guān)系。由于LCM的尺寸為320*240,根據(jù)第二章中的顯示原理，在Z字型掃描的經(jīng)過(guò)中，在LCM_VSYNC一次從上升沿到下降沿的時(shí)間里，LCM_HSYNC運(yùn)行了960個(gè)時(shí)鐘周期。以這樣的計(jì)數(shù)原則完成整幅畫面的像素點(diǎn)掃描。4.2.2I2C驅(qū)動(dòng)子模塊I2C總線在系統(tǒng)中的作用是在主控制器與外設(shè)之間建立連接，它是一條串行總線主要有SDA和SCL兩條線信號(hào)線，分別傳輸數(shù)據(jù)和時(shí)鐘信號(hào)，總線上的地址與電路和模塊逐一對(duì)應(yīng)，掛在總線上的模塊是主控還是被控由詳細(xì)模塊的功能裁定，這樣在工作中不同模塊之間就互不影響了。在數(shù)據(jù)傳輸經(jīng)過(guò)中I2C總線會(huì)出現(xiàn)開場(chǎng)、應(yīng)答、結(jié)束三種信號(hào)。如此圖4-8所示，SDA的下降沿產(chǎn)生開場(chǎng)信號(hào)，上升沿產(chǎn)生結(jié)束信號(hào)。當(dāng)且僅當(dāng)SCL為高時(shí)這兩個(gè)信號(hào)有效。I2C總線數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)序如此圖4-9所示，開場(chǎng)信號(hào)喚起器件做好準(zhǔn)備。接著開場(chǎng)數(shù)據(jù)傳輸，以字節(jié)為傳輸單位，每字節(jié)固定有八位數(shù)據(jù)，每次傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)不定，每傳輸一個(gè)字節(jié)后面都會(huì)有一個(gè)應(yīng)答位。八位數(shù)據(jù)中前7位是數(shù)據(jù)的地址碼，最后一位控制數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆矫?。在整個(gè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕?jīng)過(guò)中，SDA置為1.如此圖4-10所示，為L(zhǎng)CM模塊的I2C驅(qū)動(dòng)模塊，用來(lái)輸入驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)，在系統(tǒng)上電時(shí)對(duì)各個(gè)托存器進(jìn)行配置，使其能夠正常顯示。配置TRDB_LCM需要16位數(shù)據(jù)。在控制器中，設(shè)計(jì)了一個(gè)18位的計(jì)數(shù)器，SDA由1跳為0且SCL為1時(shí)發(fā)送GO開場(chǎng)信號(hào)，計(jì)數(shù)器開場(chǎng)計(jì)數(shù)，每一次計(jì)數(shù)傳輸一位信號(hào)，當(dāng)計(jì)數(shù)器到8時(shí)，傳輸應(yīng)答信號(hào)給ACK,接著再傳輸8位，計(jì)數(shù)器到17時(shí)傳輸END信號(hào)，結(jié)束一次有效數(shù)據(jù)的傳輸。4.2.3圖像采集模塊D5M數(shù)據(jù)采集的時(shí)序圖如此圖4-11所示，利用FVAL〔幀同步信號(hào)〕和LVAL〔行同步信號(hào)〕掃描數(shù)據(jù)，從圖中看出，只要當(dāng)這兩個(gè)信號(hào)同時(shí)為高電平常，采集到的信號(hào)為有效值，所以在模塊設(shè)計(jì)中要對(duì)這兩個(gè)信號(hào)進(jìn)行邊緣檢測(cè)。如此圖4-12所示，模塊中利用X_Cont、Y_Cont和Frame_cont三個(gè)計(jì)數(shù)器對(duì)行、列和幀計(jì)數(shù)，當(dāng)iFVAL和iLVAL同時(shí)都為1且iSTART有效時(shí)，利用oDVAL輸出信號(hào)有效標(biāo)志1,同時(shí)將采集到的數(shù)據(jù)傳送到數(shù)據(jù)處理模塊。當(dāng)iEND為1時(shí)停止數(shù)據(jù)采集。4.2.4RAW2RGB變換子模塊上面圖像采集模塊采集到的圖像數(shù)據(jù)，輸出后是RAWBayer格式，不能夠正常進(jìn)行顯示，所以這里要在采集模塊后端接一個(gè)格式轉(zhuǎn)換模塊將其轉(zhuǎn)換成RGB格式的圖像。RAWBayer格式的圖像數(shù)據(jù)奇數(shù)行是R和G信號(hào)，偶數(shù)行是B和G信號(hào)。用M表示行數(shù)，N表示列數(shù)，P表示像素點(diǎn)，其轉(zhuǎn)換原理就是提取四個(gè)像素點(diǎn)作為一個(gè)單元分別是P〔M,N〕，P〔M,N-1〕，P〔M+1,N〕，P〔M+1,M-1〕。這里面四個(gè)點(diǎn)包含一個(gè)R信號(hào)和B信號(hào)，兩個(gè)G信號(hào)，用華而不實(shí)的R和B作為輸出的紅和藍(lán)，取兩個(gè)G的平均值作為綠的輸出。RAW2RGB模塊如此圖4-13所示，利用它來(lái)完成格式轉(zhuǎn)換，華而不實(shí)iX_Cont、iY_Cont,iDATA,iDVAL都是圖像采集模塊傳遞進(jìn)來(lái)的，根據(jù)上面的講解我們知道，轉(zhuǎn)換格式經(jīng)過(guò)中，會(huì)出現(xiàn)四中RGB的排列形式，模塊中利用iX_Cont和iY_Cont辨別這四中排列方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，從輸出端，并行輸出R、G、B信號(hào)。4.2.5SDRAM讀寫子模塊由于在本系統(tǒng)當(dāng)中LCM工作在18.42MHz,D5M工作在25MHz.而本系統(tǒng)的系統(tǒng)時(shí)鐘為100MHz,對(duì)于圖像的讀寫操作都是在系統(tǒng)時(shí)鐘下進(jìn)行，這樣一來(lái)就出現(xiàn)了異步時(shí)鐘域的問(wèn)題。因而我們利用SDRAM構(gòu)建異步FIFO緩存來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。利用QuartusII中的Megawizard工具設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)據(jù)寬度為16bit,深度為512words的FIFO.Sdram_FIFO的模塊圖如此圖4-14所示，當(dāng)Wrreq信號(hào)為1是寫有效，則開場(chǎng)在寫時(shí)鐘〔wclk〕下寫入數(shù)據(jù)，若寫滿則wrfull輸出1寫停止，寫入數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度由wrusedw輸出。讀數(shù)據(jù)的經(jīng)過(guò)與寫數(shù)據(jù)原理一樣，最后通過(guò)q端口將數(shù)據(jù)傳出。SDRAM讀寫控制器由頂層模塊、接口模塊、命令模塊、R1、R2、W1、W2和數(shù)據(jù)鏈路模塊構(gòu)成，如此圖4-15所示。主要為了實(shí)現(xiàn)：第一，刷新SDRAM保持華而不實(shí)的數(shù)據(jù)；第二，仲裁主機(jī)命令，翻譯將要執(zhí)行的命令，使信號(hào)能與SDRAM連接；第三，為SDRAM的讀、寫生成數(shù)據(jù)途徑。為了完成這些任務(wù)。首先，設(shè)計(jì)控制器鎖相環(huán)模塊的目的是將輸入的50Mhz倍頻到SDRAM芯片所需要的100Mhz,并且要進(jìn)行移相操作，這樣就能夠非常準(zhǔn)確地讓采樣命令信號(hào)在時(shí)鐘的上升沿。第二，命令模塊能夠產(chǎn)生一個(gè)符合規(guī)定的延遲時(shí)間，然后SDRAM控制器會(huì)向所有的Bank發(fā)出預(yù)充電命令、形式托存器裝載命令和分時(shí)復(fù)用行地址和列地址等，使SDRAM芯片有一個(gè)確定的狀態(tài)進(jìn)行讀與寫的操作。第三，由于外部地址總線不與SDRAM內(nèi)部地址直接相連，所以利用SDRAM控制器將外部地址的高位和低位分別映射到SDRAM的行地址和列地址。這樣就能讓SDRAM正常的讀寫數(shù)據(jù)了。4.2.6數(shù)據(jù)傳輸子模塊在圖像顯示、采集以及圖像緩存等控制器都是硬體控制器，并沒(méi)有連接到NiosII軟核系統(tǒng)中去，這樣無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)這些控制器中的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，因而利用這一模塊作為NiosII系統(tǒng)與硬體控制器的數(shù)據(jù)通道，這個(gè)通道將作為數(shù)據(jù)緩存的SDRAM與