功能单元设计 - VGA是什么意思

　　实现VGA显示，除了实现时序控制，还必须有其他功能单元的支持才能实现完整的图像显示。

　　1 控制器

　　VGA显示有多种模式，需要通过控制器实现模式间切换，还需要对显示的内容进行接收、处理和显示。所以控制器的性能越高，数据更新和显示效果就越好。

　　2 显示数据缓存区

　　VGA显示要求显存速度快、容量大。读速度要达到65MHz以上，存储容量至少要2MB。可采用高速SRAM或SDRAM作为显示数据缓存。

　　3 数模转换器DAC

　　VGA显示对数模转换DAC有如下要求：一是高速转换，转换的速度应该在80MHz或以上;二是同步性好，能保证 R、G、B三路信号的同步性;三是有相应的精度。可选择一种包括3路8位高速D/A的专用视频芯片。

　　4 数据源及其接口

　　要提高VGA显示的效率，就要不断更新数据，同时还要保证实时性，因此需要非常高的接口速度。VGA显示卡虽可达到100Mbps的数据更新速度，但是一般设备、特别是嵌入式设备达不到这么高的速度，而且大多数情况下也不需要这么高的数据更新率。目前常用接口为EPP接口、USB接口、 TCP/IP、RS232C/485等。其中TCP/IP、EPP接口和USB接口是基于计算机的，速度较快;TCP/IP、RS232C/485是基于网络通信的接口，其中RS485速度虽慢，但应用广泛且容易实现远程控制。

VGA显示硬件结构框图在数据源为低速接口时，可以考虑采用 Flash或者SM存储卡等预先存储一些常用的图像显示数据和字库文件，在更新数据时直接应用这些数据，从而加快显示缓存的更新速度。这样既能满足高分辨率图像的显示，又能满足文字信息数据的快速更新。刚时为了存储更多的图像，可以先存储JPEG格式图像，再由控制器解码成BMP位图图像后送到显示缓存显示，这样就相对扩展了Flash的存储空间。同时，由于图像的解码速度要大大快于数据源接口的速度，也就相应提高了显示缓存的数据更新速度。

　　由各功能单元组成的VGA显示硬件结构框图如图3所示。

　　显存数据更新与显示的同步实现

　　在VGA显示时，要考虑如何实现显存数据更新与显示的同步进行。解决的方案有以下几种：

　　(1) 采用具有缓存作用的双口RAM，这种方法使用的器件数量多、功耗大、成本高，基本不可取。

　　(2) 采用两组SRAM进行乒乓工作模式，一组SRAM用于显示的同时，另一组SRAM用于图像数据的更新，然后在两组SRAM之间切换。这样做会提高一些成本，而且需要更复杂的总线控制。

　　(3) 利用FPGA/CPLD和SDRAM构造双口SRAM。这种方法实时性好，成本较低，时序控制比较复杂，它是 实现高性能低成本要求的最佳方案。

　　(4) 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。

　　假设CPU的工作时钟最大为60MHz，并采用JPEG解码更新方式。这时如果将解码缓存区分配在CPU片内内存，则更新数据时直接由内存向 SRAM写数据，一次需要0.17μs;如果将解码缓存区分配在片外空间，则更新数据时CPU要先从片外读数据，再向SRAM写数据，这样写一次需要 0.25μs。在相邻显示的两帧图像只存在局部差别或更新文本显示信息时，可使用局部数据更新方法，以提高更新率。表2给出了显示每帧图像包含的总线空闲时间，以及在不同解码缓存区分配方式下图像全部更新和10%局部更新的帧率。这里提到的帧率是指对显存数据的更新速度，而不是指图像的屏幕刷新率，它对刷新率没有影响。