【ZYNQ Ultrascale+ MPSOC FPGA教程】第十五章 HDMI字符顯示實(shí)驗(yàn)

作者：ALINX

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適用于板卡型號(hào)：
AXU2CGA/AXU2CGB/AXU3EG/AXU4EV-E/AXU4EV-P/AXU5EV-E/AXU5EV-P /AXU9EG/AXU15EG

實(shí)驗(yàn)Vivado工程為“hdmi_char”。

在HDMI輸出實(shí)驗(yàn)中講解了HDMI顯示原理和顯示方式，本實(shí)驗(yàn)介紹如何使用FPGA實(shí)現(xiàn)字符顯示，通過(guò)這個(gè)實(shí)驗(yàn)更加深入的了解HDMI的顯示方式。

1. 實(shí)驗(yàn)原理
實(shí)驗(yàn)通過(guò)字符轉(zhuǎn)換工具將字符轉(zhuǎn)換為16進(jìn)制coe文件存放到單端口的ROM IP 核中，再?gòu)腞OM 中把轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)讀取出來(lái)顯示到HDMI上。

2.程序設(shè)計(jì)
字符顯示例程是在HDMI顯示的基礎(chǔ)上增加了一個(gè)osd_display的模塊，“osd_display”模塊是用來(lái)讀取存儲(chǔ)在Rom ip核里轉(zhuǎn)換后的字符信息，并在指定區(qū)域顯示。程序框圖如下圖所示：

2.1 在“timing_gen_xy”模塊是根據(jù)HDMI時(shí)序標(biāo)準(zhǔn)定義了“x_cnt”和“y_cnt”兩個(gè)計(jì)數(shù)器并由這兩個(gè)計(jì)數(shù)器產(chǎn)生了HDMI顯示的“x”坐標(biāo)和“y”坐標(biāo)。程序中用“vs_edge”和“de_falling”分別表示場(chǎng)同步開(kāi)始信號(hào)和數(shù)據(jù)有效結(jié)束信號(hào)。其原理如下圖所示：

timing_gen_xy模塊端口

2.2 下面介紹如何存儲(chǔ)文字信息的ROMIP，首先需要生成能夠被XILINX FPGA識(shí)別的.coe文件。

首先在工程文件夾下找到“FPGA字模提取”工具。

雙擊.exe文件打開(kāi)工具

在提取工具的“字符輸入”框中輸入需要顯示的字符，字體和字符高度可以自定義選擇。設(shè)置完成后點(diǎn)擊“轉(zhuǎn)換”按鈕，在界面左下角可以看到轉(zhuǎn)換后的字符點(diǎn)陣大小，點(diǎn)陣的寬和高在程序中是需要用到

點(diǎn)陣的寬和高這里位144x32,需要跟osd_display程序中定義的一致：

點(diǎn)擊“保存”按鈕，將文件保存到本例程源文件目錄下，需要注意的是在保存類(lèi)型下應(yīng)該選擇Xilinx（*.coe）,點(diǎn)擊“保存”按鈕。

找到生成的.coe文件打開(kāi)后可以看到如下：

調(diào)用單端口Rom IP核的過(guò)程在前面ROM的使用中已經(jīng)介紹過(guò)，設(shè)置為Single Port ROM

在PortA Options欄中設(shè)置如下：

按如下圖添加osd.coe文件（找到前面生成的coe文件），完成后點(diǎn)擊“OK”按鈕：

2.3 osd_display模塊包含timing_gen_xy 模塊和osd_rom模塊。osd_rom里存儲(chǔ)的字符數(shù)據(jù)，如果數(shù)據(jù)為1，OSD的區(qū)域顯示ROM中的前景紅色（顯示ALINX芯驛），如果數(shù)據(jù)是0，OSD的區(qū)域顯示數(shù)據(jù)為背景色（彩條）。

設(shè)置區(qū)域有效信號(hào)，也就是字符顯示在此區(qū)域中，起始坐標(biāo)設(shè)置成（9，9），區(qū)域大小可以根據(jù)字符生成工具設(shè)置的區(qū)域設(shè)置。

在ROM的讀地址部分可能很多人不理解，為什么是[15:3]，也就是八個(gè)時(shí)鐘周期才讀出一個(gè)數(shù)據(jù)，這是因?yàn)樽址囊粋€(gè)點(diǎn)只表示1bit，而ROM的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)寬度是8位，因此需要八個(gè)周期取出一個(gè)數(shù)據(jù)，并比較每個(gè)bit位的值，將字符一個(gè)點(diǎn)轉(zhuǎn)換成圖像上的一個(gè)像素。

3.實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象
連接好開(kāi)發(fā)板和顯示器，連接方式參考《HDMI輸出實(shí)驗(yàn)》教程，需要注意，開(kāi)發(fā)板的各個(gè)連接器不要帶電熱插拔，下載好實(shí)驗(yàn)程序，可以看到顯示器顯示以彩條為背景的字符。開(kāi)發(fā)板作為HDMI輸出設(shè)備，只能通過(guò)HDMI顯示設(shè)備來(lái)顯示，不要試圖通過(guò)筆記本電腦的HDMI接口來(lái)顯示，因?yàn)楣P記本也是輸出設(shè)備。

默認(rèn)字符顯示的位置在坐標(biāo)為（9，9），另外用戶(hù)可以修改下面的pos_y和pos_x的判斷條件將字符顯示在顯示屏的任意位置：