基于CPLD的VGA视频显示系统的设计

　　引言

　　显示系统在工业、农业及日常生活中扮演着越来越重要的角色，因此，对其进行设计与研究具有十分重要的意义。

　　CPLD(Complex Programmable Logic Device；复杂可编程逻辑器件)具有编程灵活、集成度高、设计开发周期短、适用范围宽、开发工具先进等优点，用户可根据自身需要构造数字集成电路。其基本设计方法是借助集成开发软件平台，用原理图、硬件描述语言等方法，生成相应的目标文件，通过下载电缆将代码传送到目标芯片中，从而实现数字系统。CPLD的应用目前已深入网络、仪器仪表、汽车电子、数控机床、航天测控设备等领域，其设计及应用成为电子工程师必备的一项技能。

　　系统总体设计方案

　　XC95144XL是XILINX公司推出的5ns引脚延迟、系统频率高达178MHz、144个宏单元、3200个可用逻辑门单元的可编程逻辑器件。本设计采用XC95144XL作为数据传输与控制核心模块，接受来自TMS320C6416T的视频数据，并采用两片IS61WV51216ALL组成缓存，以达到实时输入输出数据的效果。本部分实现框图如图1所示。

图1 视频显示功能框图

　　系统硬件设计

　　系统硬件设计主要包括：TMS320C6416T与VGA显示系统的接口设计；2片IS61WV51216ALL SRAM组成的缓存模块；视频DAC模块。

　　TMS320C6416T与VGA显示系统的接口设计

　　来自4片TMS320C6416T的图像处理机的EMIFB口连接在一起，并通过CPLD的仲裁，使能哪一块图像处理机输出数据至VGA显示系统。

　　采用C6416T的EMIFB口输出处理结果，当1片C6416T要求输出数据时，C6416T要通过GP01向CPLD发送输出数据请求，CPLD根据内部逻辑确定是否允许C6416T请求。内部逻辑准则如下：

　　各个DSP的输出数据请求优先级别相等，请求信号先到者先被允许，后到者不能中断正在响应的请求。对于同时到来的请求，CPLD响应先接收到原始视频信号的C6416T。
　　当CPLD响应一个C6416T的输出数据请求时，CPLD向C6416T的BHOLD#信号发送响应信号（对EMIFB的保持请求输入信号）。此时，数据开始输出。
　　2片IS61WV51216ALL SRAM组成的缓存模块

　　2片XC95144XL各自连接1片IS61WV51216ALL组成的图像缓存模块。

　　实时显示控制：由CPLD对各个6416T图像处理机数据输出接口（EMIFB）总线进行总线仲裁，实现各个6416T图像处理机的图像数据分时输出。由于VGA的刷新频率大于输入信号的频率，因此采用两片SRAM“乒乓存取”工作方式，组成了图像数据缓冲区，每片SRAM存放一帧图像，由CPLD控制其乒乓读写切换以达到实时显示效果。数据缓存电路框图如图2所示。

图2 数据缓存电路框图

　　采用一组SRAM作为显存，可以简化系统设计、降低成本。这时可以考虑利用行时序和帧时序中SRAM总线空闲的时序段，在不关闭图像显示的情况下实现显存SRAM的数据更新。该方法的更新率与数据写速度密切相关，显存的写数据速度越快，该方法的更新率就越高。