行场时序控制器模块 - 基于FPGA的LCoS驱动和图像处理系统设计

1.6 行场时序控制器模块

　　内设水平计数器hcnt和垂直计数器vcnt。由于显示屏每个时钟周期锁存8个像素值，所以显示1 024个像素值所需行周期为128个Tclk(行时钟周期)。当hcnt计数器值为HBP时表示行有效显示区域开始，hcnt计数器值为HBP+128时表示行有效显示区域结束，hent计数器值为HSYN-Ccycle时，完成一行显示，vcnt计数器加1。当vcnt计数器值为VBP时，垂直有效显示区域开始，当vcnt计数器值为VBP+768时，垂直有效显示区域结束，当vcnt计数器值为VSYNC cycle时，完成一帧图像显示。行场时序关系如图3所示。

　　

 

　　1.7 FFT模块

　　FFTV 9.1 IP核采用Cooley-Tukey基-2 DIF算法，其FFT变换原始公式为：

　　

 

　　因为采用了数据流模式，经过变换的数据可以连续输出，即输出数据不会因为图像数据的输入而停止数据输出，同时输入数据也不会因为处理后的数据正在输出而停止继续输入，保证了数据转换和传输的连续性，提高了数据处理的速度和效率。因为FFT通过异步FIFO向屏幕输出数据，而FIFO的读数据是写数据的4倍速，假如读时钟和写时钟都为100 MHz，那么有可能会在某一行里出现FIFO被取空，而无法向屏幕输出有效数据的情况。为保证FIFO向屏幕输出图像数据的连续性，就要充分利用VBP，VFP，HBP和HFP的时间，在每一行的开始，如果FIFO没满，那么启动FFT进行数据转换。若图像的分辨率为M×N并且在VBP期间FIFO已被写满，则FIFO，FFT核、行场周期以及图像分辨率间关系的计算公式如下：

　　

 

　　式中：Deepth是异步FIFO的数据深度，单位为B;THSYNC cycle是行周期;Tclk是异步FIFO，FFT核、行场时序控制器模块的驱动时钟周期。当△>O时，系统会连续实时地处理图像;当△0。

　　2 实验仿真结果和测量结果分析

　　图4是采用Modelsim 6.5b进行功能仿真的结果。利用QuartusⅡV9.1自带的TimeQuest Timing Analyzer进行时序约束后，在实验板上的场信号测量结果如图5所示，场扫描频率已达到368 Hz，经测量其他引脚输出信号也均满足时序要求。由于FPGA器件资源限制，对图像做了256点FFT变换，经实验验证，该设计能够实现图像的实时处理，代码达到了预期设计效果。

　　

 

　　

 

　　3 结语

　　采用Himax的LCoS屏HX7308BTJFA作为显示器件，其尺寸为14.43mm×10.69mm，大小可跟1枚1元硬币相比拟，很容易实现三维投影微显示。因VerilogHDL有很强的可移植性，便于以后对代码的升级和维护。FPGA内部资源毕竟有限，文中叙述可知，若显示分辨率较大的图像，光靠内部资源实现异步FIFO是不可能的，所以在此提出两种方案：第一，换一片性能较高的芯片，满足写FIFO速率等于读FIFO速率的要求，这样就能达到读/写数据的动态平衡，保证了图像的连续显示;第二，采用外部存储器SDRAM存储源图像和FFT处理后的数据，采用DDRII技术读取数据，使读/写FIFO的速率匹配。受FPGA芯片资源限制，该设计采用分辨率为176×144的图像进行了系统功能验证，尚未实现图像滤波以及FFT逆变换，未来可将代码移植在高端的FPGA芯片上继续开发数据处理功能。