【紫光同创国产FPGA教程】【第十三章】字符显示实验

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1. 实验简介

在HDMI测试实验中讲解了HDMI显示原理和显示方式，本实验介绍如何使用FPGA实现字符显示，通过这个实验更加深入的了解HDMI的显示方式。

2. 实验原理

实验通过字符转换工具将字符转换为16进制coe文件存放到单端口的ROM IP 核中，再从ROM 中把转换后的数据读取出来显示到HDMI上。

3. 程序设计

字符显示例程是在HDMI显示的基础上增加了一个osd_display的模块，“osd_display”模块是用来读取存储在Rom ip核里转换后的字符信息，并在指定区域显示。程序框图如下图所示：

osd_display模块包含timing_gen_xy 模块和osd_rom模块。Osd_rom里存储的字符数据，如果数据为1，OSD的区域显示ROM中的前景红色（显示ALINX芯驿），如果数据是0，OSD的区域显示数据为背景色（彩条）。

在“timing_gen_xy”模块是根据HDMI时序标准定义了“x_cnt”和“y_cnt”两个计数器并由这两个计数器产生了HDMI显示的“x”坐标和“y”坐标。程序中用“vs_edge”和“de_falling”分别表示场同步开始信号和数据有效结束信号。其原理如下图所示：

信号名称	方向	说明
rst_n	in	异步复位输入,低复位
clk	in	外部时钟输入
i_hs	in	行同步信号
i_vs	in	场同步信号
i_de	in	数据有效信号
i_data	in	color_bar数据
o_hs	out	输出行同步信号
o_vs	out	输出场同步信号
o_de	out	输出数据有效信号
o_data	out	输出数据
x	out	生成X坐标
y	out	生成Y坐标

timing_gen_xy模块端口

下面介绍如何存储文字信息的ROMIP，首先需要生成能够被Pango FPGA识别的.dat文件。

1）在软件工具及驱动文件夹下找到“FPGA字模提取”工具。

2）双击.exe文件打开工具

3）在提取工具的“字符输入”框中输入需要显示的字符，字体和字符高度可以自定义选择。设置完成后点击“转换”按钮，在界面左下角可以看到转换后的字符点阵大小，点阵的宽和高在程序中是需要用到的

点阵的宽和高这里位152x33需要跟osd_display程序中定义的一致：

4）点击“保存”按钮，将文件保存到本例程源文件目录下，需要注意的是在保存类型下应该选择PGL（*.dat）,点击“保存”按钮即可。

转换后的字符已经成了8bit的数值文件，一个字节代表8个时钟的像素，所以在从Rom IP核中读取dat文件的值，需要判断每一位的值，如果值为1，显示红色前景色，否则显示背景色：

always@(posedge pclk)begin if(region_active_d0 == 1'b1) if(q[osd_x[2:0]] == 1'b1) v_data <= 24'hff0000; else v_data <= pos_data; else v_data <= pos_data;end

5）调用单端口Rom IP核的过程和调用其他IP 核一样，打开菜单下的“IP Compiler”， "并按如下进行设置:

在弹出的界面中地址位宽、数据位宽、dat文件及类型进行设置，设置完成后按Generate即可生成osd_rom IP:

Rom IP核在“osd_display”模块中例化如下：

osd_rom osd_rom_m0( .address(osd_ram_addr[15:3]), .clock(pclk), .q(q));

信号名称	方向	说明
rst_n	in	异步复位输入,低复位
pclk	in	外部时钟输入
i_hs	in	行同步信号
i_vs	in	场同步信号
i_de	in	数据有效信号
i_data	in	color_bar数据
o_hs	out	输出行同步信号
o_vs	out	输出场同步信号
o_de	out	输出数据有效信号
o_data	out	输出数据

osd_display模块端口

4.试验现象

连接好开发板和显示器，连接方式参考《HDMI测试实验》教程，需要注意，开发板的各个连接器不要带电热插拔，下载好试验程序，可以看到显示器显示以彩条为背景的字符。开发板做为HDMI输出设备，只能通过HDMI显示设备来显示，不要试图通过笔记本电脑的HDMI接口来显示，因为笔记本也是输出设备。

默认字符显示的位置在X坐标和Y坐标都是9的地方显示，另外用户可以修改下面的pos_y和pos_x的判断条件将字符显示在显示屏的任意位置：