数字视频编码器子模块的设计与优化 Module Design Optimization of Digital Video Encoder

第一章XSV800 Board简介 XSV800 Board提供各种各样的接口与外界进行通讯：串口， 并口，Xchecker电缆接口，USB接口，PS/2的鼠标键盘接口， 10/100以太网物理层接口。而主体部分是一块Virtex FPGA(XSV800)。一般通过串口，并口，Xchecker电缆来配置 Virtex FPGA,也可以通过存储在I6 M Flash RAM中的Bitstream 来配置。测试板的结构图如下（图1.1）： 9 VDC Parallel Port Serial RCA S-Video Jack Port Jack Jack 5 DIP Sw. 16 Mbit Flash 0 日 骂 网 0 512KX8 西 的512Kx8 SRAM Virtex FPGA SRAM (XCV50-800) 马 r▣ 马 512K×8 凸 当 克512K×8 SRAM 遇 SRAM Pushbuttons F芭 H Ether Phy RAM DAC Stereo Stereo USB PS/2 RJ45 VGA Input Output Port Port Port Output (图1.1) 课题名称：数字视频编码器子模块的设计与优化 -1- PDF created with FinePrint pdfFactory trial version http://www.fineprint.com

课题名称：数字视频编码器子模块的设计与优化 - 1 - 第 一 章 XSV800 Board 简 介 XSV8 00 Board 提 供 各 种 各 样 的 接 口 与 外 界 进 行 通 讯 ： 串 口 ， 并 口 ， Xc he cke r 电 缆 接 口 ， USB 接 口 ， PS/2 的 鼠 标 键 盘 接 口 ， 10/ 10 0 以 太 网 物 理 层 接 口 。 而 主 体 部分是 一 块 Virt e x FPGA(XSV800) 。 一 般 通 过 串 口 ， 并 口 ， Xc he cke r 电缆来 配 置 Virtex FPGA， 也 可 以 通 过 存 储 在 16M Fl a s h RAM 中 的 Bitstream 来 配 置 。 测 试 板 的 结 构 图 如 下 (图 1.1)： (图 1.1) PDF created with FinePrint pdfFactory trial version http://www.fineprint.com

XSV800 Board拥有的可用资源包括： Xilinx Virtex FPGA:Xilinx FPGA 57K Gates(XSV50) 888 K Gates(XSV800),它们都是采用240PIN的PQFP或HQFP 封装。这里是个888 K Gates的FPGA,它是这块XSV800 Board 的可编程逻辑的主要存储库。 Xilinx XC95108CPLD:用于通过串口，并口，或Flash RAM 来配置XSV800 Board,同时也控制着以太网芯片的配置。 可编程振荡器(Programmable Oscillator):以l00MHz的基 准频率为源向FPGA和CPLD提供时钟信号。 >16 M Flash RAM:存储FPGA所用配置信号和多用途的数据。 ,两组独立的512K*16 Bits SRAM:FPGA存储所要用的数据。 视频解码器(Video Decoder):通过RCA插孔或SVideo连 接器接受NTSC/PAL/SECAM信号并且向FPGA输出数字化的视 频信号。 ,RAMDAC:提供FPGA向显示器输出VGA信号的色彩表支 持。 ,立体声多媒体数字信号编码器(Stereo codec):数字化并产 生0一50KHz的音频信号。 P10/100的以太网芯片(10BASE-T/100BASE-TX Ethernet PHY Chip):FPGA用它来在LAN上以最高IO0Mbps接受或发送 数据。 )四按钮和一组DIP开关：向FPGA,CPLD提供多功能输入。 3根LED:显示FPGA,CPLD的状态信息。 PS/2鼠标键盘接口(Mouse/.Keyboard PS/2Port):让FPGA 能够使用通用的输入设备。 USB接口(USB port):向FPGA提供带宽为1.5tol2Mbps 的I/O信道。 串/并连接口(Parallel/Serial Port):可以让CPLD像PC一 样接受，发送串/并格式的数据。 Xchecker电缆接口(Xchecker Cable Interface):下载配置或 者读回配置。 ATX电源的连接器或者9V的直流电源插孔使得XSV800 Board可以接受标准的ATX电源或9V的直流电源。 课题名称：数字视频编码器子模块的设计与优化 -2- PDF created with FinePrint pdfFactory trial version http://www.fineprint.com

课题名称：数字视频编码器子模块的设计与优化 - 2 - XSV8 00 Boa r d 拥 有 的 可 用 资 源 包 括 ： } Xilinx Virtex FPG A： Xili nx FPGA 从 57K Ga t e s (X SV5 0 )到 8 8 8K Gates(XSV800)， 它 们 都 是 采 用 2 40PIN 的 PQFP 或 HQFP 封 装 。 这 里 是 个 88 8K Gat e s 的 FPGA， 它 是 这 块 XSV8 0 0 Board 的 可 编 程 逻 辑 的 主 要 存 储 库 。 } X ili nx XC9 51 08 CPLD：用 于 通 过 串 口 ，并 口 ，或 Fl a s h RAM 来 配 置 XSV8 00 Boa rd， 同 时 也 控 制 着 以 太 网 芯 片 的 配 置 。 } 可 编 程 振 荡 器 (Programmab l e Os cillator)： 以 100MHz 的 基 准 频 率 为 源 向 FPGA 和 CPLD 提 供 时 钟 信 号 。 } 1 6M Fl a s h RAM：存 储 FPGA 所 用 配 置 信 号 和 多 用 途 的 数 据 。 } 两 组 独 立 的 512K* 1 6Bits SRAM：FPG A 存 储 所 要 用 的 数 据 。 } 视 频 解 码 器 (Vide o De c ode r)： 通 过 RC A 插 孔 或 SVi de o 连 接 器 接 受 N TSC/PAL/SECAM 信 号 并 且 向 FPGA 输 出 数 字 化 的 视 频 信 号 。 } RAMDAC：提 供 FPGA 向 显 示 器 输 出 VGA 信 号 的 色 彩 表 支 持 。 } 立 体 声 多 媒 体 数 字 信 号 编 码 器 (St e r e o code c )： 数 字 化 并 产 生 0—50KHz 的 音 频 信 号 。 } 1 0/ 10 0 的 以 太 网 芯 片 ( 10BASE-T/10 0B ASE-TX Et he rnet PHY Chi p)：FPG A 用 它 来 在 LA N 上 以 最 高 1 0 0 Mbps 接 受 或 发 送 数 据 。 } 四 按 钮 和 一 组 DIP 开 关 ：向 FPGA,CPLD 提 供 多 功 能 输 入 。 } 3 根 LED： 显 示 FPGA,CPLD 的 状 态 信 息 。 } PS/2 鼠 标 键 盘 接 口 (Mou se/Keyboa rd PS/ 2 Po rt)： 让 FPGA 能 够 使 用 通 用 的 输 入 设 备 。 } USB 接 口 (USB p o rt)： 向 FPGA 提 供 带 宽 为 1. 5 t o 1 2 Mbp s 的 I/ O 信 道 。 } 串 /并 连 接 口 (Pa ra llel/Se rial Port)： 可 以 让 CPLD 像 PC 一 样 接 受 ， 发 送 串 /并 格 式 的 数 据 。 } Xc h e c ke r 电 缆 接 口 (Xc he cke r Ca ble In t e rface )： 下 载 配 置 或 者 读 回 配 置 。 ATX 电 源 的 连 接 器 或 者 9V 的 直 流 电 源 插 孔 使 得 XSV8 00 B o ard 可 以 接 受 标 准 的 ATX 电 源 或 9V 的 直 流 电 源 。 PDF created with FinePrint pdfFactory trial version http://www.fineprint.com

第二章视频信号输入处理 本章介绍系统处理全国电视委员会制式(NTSC)或顺序与存 储彩色电视系统制式(SECAM)或逐行倒相制式(PAL)的视频信号 的方案。 ◆2.1概述 在Active HDL上创建一个新的项目，实验中我将其命名为 Videoln,用以对FPGA编程，使其完成从特定的接口接受NTSC, SECAM.或PAL制式的视频信号，并将其数字化储存在测试板上的 缓冲区（两块独立的512Kx16SRAM)中的工作。上述程序可以通 过使用VHDL或Verilog来描述，这次实验中使用的是VHDL。这 个程序的最上层是一个名为saa7113的模块，且包含了以下子模 块：sram512 kleft16bit50mhz-sv01b(用来将数字化后视频信号 数据存入左侧的独立的SRAM中缓冲)，prgramdac(用来对存有 8Bit色彩表的Ramdac编程)，vgacore(创建显示器VGA同步信号 或其它控制信号)。 项目的主体部分是控制一个视频解码器(Video Decoder),其 型号是SAA7113,就是用它来完成将接收到的NTSC,SECAM, 或者PAL制式的视频信号数字化。数字化后的视频信号通过VPO 总线送到FPGA。这种数字化的视频数据的传送是用由视频解码 器(Video Decoder)发出的行锁时钟LLC(Line-locked Clock)的上 升沿同步的。而FPGA使用I2C总线（即串行数据线(SDA)和串 行时钟线(SCL))对SAA7113的视频选项编程。 ◆2.2关于I2C I2C总线在XSV800 Board上被普遍使用，因此为完成该项目 我必须对该总线结构有一个全面地了解。 串行扩展总线在单片机系统中的应用是目前单片机技术发 展的一种趋势。在目前比较流行的几种串行扩展总线中，I2C总 线以其严格的规范和众多带I2C接口的外围器件而获得广泛的 应用。I2C总线是由PHILIPS公司推出的芯片间串行传输总线。 它以1根串行数据线(SDA)和1根串行时钟线(SCL)实现了 全双工的同步数据传输。随着I2C总线研究的深入，它已经广泛 应用于视/音频领域、IC卡行业和一些家电产品中，在智能仪器、 仪表和工业测控领域也越来越多地得到应用。I2C总线的广泛应 用是同它卓越的性能和简便的操作方法分不开的。 (1)硬件结构上具有相同的硬件接口界面。I2C总线系统 课题名称：数字视频编码器子模块的设计与优化 -3- PDF created with FinePrint pdfFactory trial version http://www.fineprint.com

课题名称：数字视频编码器子模块的设计与优化 - 3 - 第二章 视 频 信 号 输 入 处 理 本 章 介 绍 系 统 处 理 全 国 电 视 委 员 会 制 式 (NTSC)或 顺 序 与 存 储 彩 色 电 视 系 统 制 式 (SECAM)或 逐 行 倒 相 制 式 (PAL)的 视 频 信 号 的 方 案 。 ¿2.1 概 述 在 Active HDL上 创 建 一 个 新 的 项 目 ， 实 验 中 我 将 其 命 名 为 VideoIn，用 以 对 FPGA编 程 ，使 其 完 成 从 特 定 的 接 口 接 受 NTSC, SECA M或 PAL制 式 的 视 频 信 号 ，并 将 其 数 字 化 储 存 在 测 试 板 上 的 缓 冲 区 (两 块 独 立 的 51 2K x 1 6 SRAM)中 的 工 作 。上 述 程 序 可 以 通 过 使 用 VHDL或 Verilog来 描 述 ， 这 次 实 验 中 使 用 的 是 VHDL。 这 个 程 序 的 最 上 层 是 一 个 名 为 saa7113的 模 块 ，且 包 含 了 以 下 子 模 块 ： sram 512k left16bit50mhz-s v01b(用 来 将 数 字 化 后 视 频 信 号 数 据 存 入 左 侧 的 独 立 的 SRAM中 缓 冲 )， prgramdac(用 来 对 存 有 8Bit色 彩 表 的 Ramdac编 程 )， vgacore(创 建 显 示 器 VGA同 步 信 号 或 其 它 控 制 信 号 )。 项 目 的 主 体 部 分 是 控 制 一 个 视 频 解 码 器 (Vi deo De c oder)，其 型 号 是 S AA7 11 3， 就 是 用 它 来 完 成 将 接 收 到 的 NTSC， SECAM， 或 者 PAL制 式 的 视 频 信 号 数 字 化 。数 字 化 后 的 视 频 信 号 通 过 VPO 总 线 送 到 FPGA。 这 种 数 字 化 的 视 频 数 据 的 传 送 是 用 由 视 频 解 码 器 (Vi deo Deco de r)发 出 的 行 锁 时 钟 LLC(Line-locked Cloc k)的 上 升 沿 同 步 的 。 而 FPGA使 用 I2C总 线 （ 即 串 行 数 据 线 （ SDA） 和 串 行 时 钟 线 （ SCL）） 对 SAA7113的 视 频 选 项 编 程 。 ¿2.2 关 于 I2C I2 C 总 线 在 XSV8 00 Board 上 被 普 遍 使 用 ，因 此 为 完 成 该 项 目 我 必 须 对 该 总 线 结 构 有 一 个 全 面 地 了 解 。 串 行 扩 展总线 在 单 片 机 系 统 中 的 应 用 是 目前单 片 机 技 术 发 展 的 一 种 趋 势 。 在 目 前 比 较 流 行 的 几 种 串 行 扩 展 总 线 中 ， I2 C 总 线 以 其 严 格 的 规 范 和 众 多 带 I2C 接 口 的 外 围 器 件 而 获 得 广 泛 的 应 用 。 I2C 总 线 是 由 PHILIPS 公 司 推 出 的 芯 片 间 串 行 传 输 总 线 。 它 以 1 根 串 行 数 据 线 （ SDA） 和 1 根 串 行 时 钟 线 （ SC L） 实 现 了 全 双 工 的 同 步 数 据 传 输 。随 着 I2C 总 线 研 究 的 深 入 ，它 已 经 广 泛 应 用 于 视 /音 频 领 域 、IC 卡 行 业 和 一 些 家 电 产 品 中 ，在 智 能 仪 器 、 仪 表 和 工 业 测 控 领 域 也 越 来 越 多 地 得 到 应 用 。 I2C 总 线 的 广 泛 应 用 是 同 它 卓 越 的 性 能 和 简 便 的 操 作 方 法 分 不 开 的 。 （ 1） 硬 件 结 构 上 具 有 相 同 的 硬 件 接 口 界 面 。 I2C总 线 系 统 PDF created with FinePrint pdfFactory trial version http://www.fineprint.com

中，任何一个I2C总线接口的外围器件，不论其功能差别有多大， 都是通过串行数据线(SDA)和串行时钟线(SCL)连接到I2C 总线上。这一特点给用户在设计应用系统中带来了极大的便利 性。用户不必理解每个I2C总线接口器件的功能如何，只要将器 件的SDA和SCL引脚连到I2C总线上，然后对该器件模块进行独立 的电路设计，从而简化了系统设计的复杂性，提高了系统抗干扰 的能力，符合EMC(Electromagnetic Compatibility)设计原则。 (2)总线接口器件地址具有很大的独立性。在单主系统 中，每个I2C接口芯片具有惟一的器件地址，由于不能发出串行 时钟信号而只能作为从器件使用。各器件之间互不干扰，相互之 间不能进行通信，各个器件可以单独供电。MCU与I2C器件之间 的通信是通过独一无二的器件地址来实现的。 (3)软件操作的一致性。由于任何器件通过I2C总线与 MCU进行数据传送的方式是基本一样的，这就决定了I2C总线软 件编写的一致性。 (4)PHILIPS公司在推出I2C总线的同时，也为I2C总线制 订了严格的规范，如：接口的电气特性、信号时序、信号传输的 定义等。规范的严密性，结构的独立性和硬、软件接口界面的 致性，极大地方便了I2C总线的设计。模块化和规范化，伴随而 来的是用户在使用I2C总线时的“傻瓜”化。 ◆2.3 PrgRamdaci程序及其控制的RAMDAC RAMDAC与FPGA的连接如下图（图2.1）所示，用这个连接方 式来向外提供一个VGA接口。FPGA产生的视频信号可以直接显 示或通过一个BT481 A RAMDAC在一台VGA显示器上显示。 ◆syn VGA Connector (4 J59 fed blank red Virtex pixelclk BT481A green greer J69 FPGA RAMDAC J7。 blue blue (图2.1) 课题名称：数字视频编码器子模块的设计与优化 -4- PDF created with FinePrint pdfFactory trial version http://www.fineprint.com

课题名称：数字视频编码器子模块的设计与优化 - 4 - 中 ，任 何 一 个 I2C总 线 接 口 的 外 围 器 件 ，不 论 其 功 能 差 别 有 多 大 ， 都 是 通 过 串 行 数 据 线 （ SDA） 和 串 行 时 钟 线 （ SC L） 连 接 到 I2C 总 线 上 。 这 一 特 点 给 用 户 在 设 计 应 用 系 统 中 带 来 了 极 大 的 便 利 性 。 用 户 不 必 理 解 每 个 I2 C总 线 接 口 器 件 的 功 能 如 何 ， 只 要 将 器 件 的 SDA和 SC L引 脚 连 到 I2 C总 线 上 ，然 后 对 该 器 件 模 块 进 行 独 立 的 电 路 设 计 ，从 而 简 化 了 系 统 设 计 的 复 杂 性 ，提 高 了 系 统 抗 干 扰 的 能 力 ， 符 合 EMC (Elec tromagnetic Compa tibili t y)设 计 原 则 。 （ 2） 总 线 接 口 器 件 地 址 具 有 很 大 的 独 立 性 。 在 单 主 系 统 中 ， 每 个 I2 C接 口 芯 片 具 有 惟 一 的 器 件 地 址 ， 由 于 不 能 发 出 串 行 时 钟 信 号 而 只 能 作 为 从 器 件 使 用 。各 器 件 之 间 互 不 干 扰 ，相 互 之 间 不 能 进 行 通 信 ， 各 个 器 件 可 以 单 独 供 电 。 MC U与 I2C器 件 之 间 的 通 信 是 通 过 独 一 无 二 的 器 件 地 址 来 实 现 的 。 （ 3） 软 件 操 作 的 一 致 性 。 由 于 任 何 器 件 通 过 I2C总 线 与 MCU进 行 数 据 传 送 的 方 式 是 基 本 一 样 的 ， 这 就 决 定 了 I2C总 线 软 件 编 写 的 一 致 性 。 （ 4） PHILIPS公 司 在 推 出 I2C总 线 的 同 时 ，也 为 I2 C总 线 制 订 了 严 格 的 规 范 ，如 ：接 口 的 电 气 特 性 、信 号 时 序 、信 号 传 输 的 定 义 等 。规 范 的 严 密 性 ，结 构 的 独 立 性 和 硬 、软 件 接 口 界 面 的 一 致 性 ， 极 大 地 方 便 了 I2C总 线 的 设 计 。 模 块 化 和 规 范 化 ， 伴 随 而 来 的 是 用 户 在 使 用 I2C总 线 时 的 “傻 瓜 ”化 。 ¿2.3 PrgRamdac程 序 及 其控制的 RAMDAC RAMDAC与 FPGA的 连 接 如 下 图 (图 2.1)所 示 ，用 这 个 连 接 方 式 来 向 外 提 供 一 个 VGA接 口 。 FPGA产 生 的 视 频 信 号 可 以 直 接 显 示 或 通 过 一 个 BT481A RA MDAC在 一 台 VGA显 示 器 上 显 示 。 (图 2.1) PDF created with FinePrint pdfFactory trial version http://www.fineprint.com

FPGA直接产生VGA信号时，PBUS的低六位向一个单独的电 阻梯度的DAC提供红绿蓝各两位的色彩信息。DAC输出与FPGA 输出的水平/垂直同步信号一起送入显示器中。 主要讨论通过RAMDAC的情况。RAMDAC产生VGA色彩信 号，然后FPGA用全部的8位P-BUS来传送当前像素的色彩索引信 号。而色彩索引是用以查询储存在RAMDAC芯片中的色彩表中的 24位的色彩值（红，绿，蓝各八位）。这种通过P-BUS的传输是用 FPGA产生的像素时钟(PIXELCLK)来同步的。当像素落到显示器 的希望的显示区域以外时，FPGA就降低/Blank信号使之有效。 FPGA使用D-BUS连同IWR,/RS,IRD信号来初始化RAMDAC 的色彩表，24位色彩表单元在三选(RS0,RS1,RS2)的分段传输记 录中传递用于些色彩表。在最后一位色彩信息到达D-BUS后，分 段传输记录的内容被写入色彩表，然后内嵌色彩表地址变量指向 下一个单元。 使FPGA直接产生或通过RAMDAC产生VGA信号的跳线方式 如下图（图2.2）所示： J7 J6 J5 J7 J6 J5 直接VGA输出跳线 RAMDAC输出跳线 (图2.2) FPGA与VGA信号产生电路连接的管脚分配如下图（图2.3）所 示。RAMDAC和以太网接口芯片共享其中一些连接。仅在系统初 始化后RAMDAC管脚用于读取色彩表参数。另外一些管脚被用于 以太网数据传输和接收，通常仅在系统初始化后激活。 Direct RAMDAC Virtex LXT970A VGA Pin Pin FPGA Pin Function PIXELCLK 52 HSYNC /HSYNC NSYNC NSYNC 49 /BLANK 50 REDO PO 70 RED1 P1 71 GREEND 2 72 GREEN1 P3 73 BLUEO P4 74 BLUE1 P5 78 P6 79 P7 /RD 47 MR 6 RSO 31 TXD4 RS1 28 RX ER RS2 28 RX DV DO 42 TXDO (图2.3) 课题名称：数字视频编码器子模块的设计与优化 -5 PDF created with FinePrint pdfFactory trial version http://www.fineprint.com

课题名称：数字视频编码器子模块的设计与优化 - 5 - FPGA直 接 产 生 VGA信 号 时 ，PBUS的 低 六 位 向 一 个 单 独 的 电 阻 梯 度 的 DA C提 供 红 绿 蓝 各 两 位 的 色 彩 信 息 。 DA C输 出 与 FPG A 输 出 的 水 平 /垂 直 同 步 信 号 一 起 送 入 显 示 器 中 。 主 要 讨 论 通 过 RAMDAC的 情 况 。 RAMDAC产 生 VGA色 彩 信 号 ， 然 后 FPGA用 全 部 的 8位 P-BUS来 传 送 当 前 像 素 的 色 彩 索 引 信 号 。而 色 彩 索 引 是 用 以 查 询 储 存 在 RAM DAC芯 片 中 的 色 彩 表 中 的 2 4位 的 色 彩 值 (红 ， 绿 ， 蓝 各 八 位 )。 这 种 通 过 P-BUS的 传 输 是 用 FPGA产 生 的 像 素 时 钟 (PIXELCLK)来 同 步 的 。当 像 素 落 到 显 示 器 的 希 望 的 显 示 区 域 以 外 时 ， FPGA就 降 低 /Blank信 号 使 之 有 效 。 FPGA使 用 D-BUS连 同 /WR，/R S，/RD信 号 来 初 始 化 RAM DAC 的 色 彩 表 ， 2 4位 色 彩 表 单 元 在 三 选 (RS0,RS1,RS2 )的 分 段 传 输 记 录 中 传 递 用 于 些 色 彩 表 。在 最 后 一 位 色 彩 信 息 到 达 D-BUS后 ，分 段 传 输 记 录 的 内 容 被 写 入 色 彩 表 ，然 后 内 嵌 色 彩 表 地 址 变 量 指 向 下 一 个 单 元 。 使 FPGA直 接 产 生 或 通 过 RAM DAC产 生 VG A信 号 的 跳 线 方 式 如 下 图 (图 2.2)所 示 ： 直 接 VG A输 出 跳 线 RAM DAC输 出 跳 线 (图 2.2) FPGA与 VGA信 号 产 生 电 路 连 接 的 管 脚 分 配 如 下 图 (图 2.3)所 示 。RAMDAC和 以 太 网 接 口 芯 片 共 享 其 中 一 些 连 接 。仅 在 系 统 初 始 化 后 RAMDAC管 脚 用 于 读 取 色 彩 表 参 数 。另 外 一 些 管 脚 被 用 于 以 太 网 数 据 传 输 和 接 收 ， 通 常 仅 在 系 统 初 始 化 后 激 活 。 (图 2.3) PDF created with FinePrint pdfFactory trial version http://www.fineprint.com

以下是PRGRAMDAC程序的VHDL源代码，用以对FPGA编程 控制RAMDAC工作的，模块Port定义部分如下： library IEEE; use IEEE.std logic 1164.all: use IEEE.std logic unsigned.all; entity prgramdacver2 is port clk:in STD LOGIC; 时钟 rstn:in STD LOGIC; -低有效异步重置 start:in STD LOGIC: …开始信号 done:out STD LOGIC; 表明程序完成 WRn:out STD LOGIC: -RAMDAC写选通线（低有效） RDn:out STD LOGIC; -RAMDAC读选通线（低有效） RS:inout STD LOGIC VECTOR(2 downto 0); -RAMDAC记录选通线 data:inout STD LOGIC VECTOR(7 downto 0) -RAMDAC双向数据线 end prgramdacver2; 关于功能描叙的代码相当长而且十分的复杂，故这里未提供 这些源代码。以下是对这个模块的行为级仿真的波形图（图2.4）： Nane Value 40015016d0 7001800 900,1000,100 1200,1300400,15001600 nr ck ar tstn 0 arstart ar done WRn arRDn 1 王MRS 王r data A1 (图2.4) ◆2.4 VGACORE程序解析 这个程序是FPGA用来产生VGA显示的同步信号及其它控制 信号。这些对于显示的控制，也就是分辨率和刷新率。缺省的显 示设置是分辨率：800*600，刷新率：72Hz。而通过这个程序可 以很方便的改变这些设置。改变它们也就意味着改变了系统时钟 频率，而缺省频率是50MHz。 这一程序的Pot定义如下（功能描叙部分的源代码省去未给 出)： library IEEE; use IEEE.std logic_1164.all; 课题名称：数字视频编码器子模块的设计与优化 -6- PDF created with FinePrint pdfFactory trial version http://www.fineprint.com

课题名称：数字视频编码器子模块的设计与优化 - 6 - 以下是 PRGRAMDA C程 序 的 VHDL源 代 码 ，用 以 对 FPG A编 程 控 制 RAM DAC工 作 的 ， 模 块 Por t定 义 部 分 如 下 ： library IEEE; use IEEE.std_logic_1164.all; use IEEE.std_logic_unsigned.all; entity prgramdacver2 is port ( clk: in STD_LOGIC; -- 时钟 rstn: in STD_LOGIC; -- 低有效异步重置 start: in STD_LOGIC; -- 开始信号 done: out STD_LOGIC; -- 表明程序完成 WRn: out STD_LOGIC; -- RAMDAC写选通线(低有效) RDn: out STD_LOGIC; -- RAMDAC读选通线(低有效) RS: inout STD_LOGIC_VECTOR (2 downto 0); -- RAMDAC记录选通线 data: inout STD_LOGIC_VECTOR (7 downto 0) -- RAMDAC双向数据线 ); end prgramdacver2; 关 于 功 能 描 叙 的 代 码 相 当 长 而 且 十 分 的 复 杂 ，故 这 里 未 提 供 这 些 源 代 码 。 以 下 是 对 这 个 模 块 的 行 为 级 仿 真 的 波 形 图 (图 2.4)： (图 2.4) ¿2.4 VGACORE程 序解析 这 个 程 序 是 FPGA用 来 产 生 VGA显 示 的 同 步 信 号 及 其 它 控 制 信 号 。这 些 对 于 显 示 的 控 制 ，也 就 是 分 辨 率 和 刷 新 率 。缺 省 的 显 示 设 置 是 分 辨 率 ： 800*600， 刷 新 率 ： 72Hz。 而 通 过 这 个 程 序 可 以 很 方 便 的 改 变 这 些 设 置 。改 变 它 们 也 就 意 味 着 改 变 了 系 统 时 钟 频 率 ， 而 缺 省 频 率 是 50MHz。 这 一 程 序 的 Port定 义 如 下 (功 能 描 叙 部 分 的 源 代 码 省 去 未 给 出 )： library IEEE; use IEEE.std_logic_1164.all; PDF created with FinePrint pdfFactory trial version http://www.fineprint.com

use IEEE.std logic unsigned.all; entity vgacore is generic H SIZE:integer:=800; -输入图像的水平像素，最大800 V SIZE:integer:=600 -输入图像的垂直像素，最大600 方 port reset:in std logic; -异步重置，低有效 clock:in std logic; …时钟 hsyncb:buffer std logic; …水平线同步 vsyncb:out std logic; …垂直帧同步 latch:out STD LOGIC; 锁定新的三原色值 enable:out STD LOGIC: -三原色输出线使能/接地 hloc:out std logic_vector(9 downto 0);-video RAM的水平地址编码 vloc:out std logic_vector((9 downto 0)-video RAM的垂直地址编码 end vgacore; 以下是该模块的行为级仿真波形图（图2.5）： 50 100. 200 250 300· leset 1 <=1 clock 0 09 1 vsyncb 1 latch 0 enable 田hloc O0C 000 0o10o20m30o4 田vloc 000 (图2.5) ◆2.5sram512 kleft16bit50mhz-sv01b程序解析 FPGA可以使用如下图（图2.6）所示的两组独立的SRAM:每组 SRAM都是由512K*16Bits构成，这是两块Winbond的AS7C4096的 512K*8Bits的SRAMs。与SRAM连接的FPGA的管脚连接在电路图后 的附图（图2.7)提供： 课题名称：数字视频编码器子模块的设计与优化 .7 PDF created with FinePrint pdfFactory trial version http://www.fineprint.com

课题名称：数字视频编码器子模块的设计与优化 - 7 - use IEEE.std_logic_unsigned.all; entity vgacore is generic ( H_SIZE : integer := 800; -- 输入图像的水平像素，最大800 V_SIZE : integer := 600 -- 输入图像的垂直像素，最大600 ); port ( reset: in std_logic; -- 异步重置，低有效 clock: in std_logic; -- 时钟 hsyncb: buffer std_logic; -- 水平线同步 vsyncb: out std_logic; -- 垂直帧同步 latch: out STD_LOGIC; -- 锁定新的三原色值 enable: out STD_LOGIC; -- 三原色输出线使能/接地 hloc: out std_logic_vector(9 downto 0); -- video RAM的水平地址编码 vloc: out std_logic_vector(9 downto 0) -- video RAM的垂直地址编码 ); end vgacore; 以 下 是 该 模 块 的 行 为 级 仿 真 波 形 图 (图 2.5)： (图 2.5) ¿2.5 sram512kleft16bit50mhz-sv01b程 序 解 析 FPGA可 以 使 用 如 下 图 (图 2 . 6 )所 示 的 两 组 独 立 的 SR A M： 每 组 SRAM都 是 由 5 1 2K * 16Bits构 成 ， 这 是 两 块 Wi nb on d的 A S7C4 09 6的 512K *8Bi t s的 SR A M s。 与 S RA M连 接 的 FP G A的 管 脚 连 接 在 电 路 图 后 的 附 图 (图 2 . 7 )提供： PDF created with FinePrint pdfFactory trial version http://www.fineprint.com

4 Mbit 4 Mbit SRAM SRAM a Virtex FPGA 4 Mbit 4 Mbit SRAM SRAM d (图2.6) SRAM Pin Virtex Virtex FPGA Pin FPGA Pin to Left to Right Bank Bank /CE 188 109 OE 228 95 ME 201 68 00 202 70 01 203 71 02 205 72 D3 203 73 04 207 74 D5 208 06 209 79 07 215 80 08 216 81 09 217 82 D10 218 84 D11 220 85 D12 221 86 D13 222 87 D14 223 93 D15 224 94 AD 200 67 A1 199 66 A2 195 65 A3 194 84 M 193 63 A5 192 AB 191 A7 189 6 A8 188 54 A9 187 53 A10 238 109 A11 237 107 A12 238 103 A13 235 102 A14 234 101 A15 232 100 A18 231 99 A17 230 97 A18 229 96 (图2.7) 课题名称：数字视频编码器子模块的设计与优化 -8- PDF created with FinePrint pdfFactory trial version http://www.fineprint.com

课题名称：数字视频编码器子模块的设计与优化 - 8 - (图 2 . 6 ) (图 2 .7) PDF created with FinePrint pdfFactory trial version http://www.fineprint.com

这种连接在XSV8O0 Board上提供一个单独的面向SRAM的界 面，这个程序提供了一个RAM控制器。用以控制数字化的视频数 据向左侧的RAM中存取，也既是为这些数据提供一个缓冲区。 这个模块的Port定义部分的代码如下所示： library IEEE; use IEEE.std logic 1164.all; entity sraminterface is port CLK:in STD LOGIC: 时钟 Resetn:in STD LOGIC: -异步重置（低有效） doRead:in STD LOGIC; ·当前无用 doWrite:in STD LOGIC: 执行写操作 readAddr:in STD LOGIC VECTOR(I8 downto 0),-读地址 writeAddr:in STD LOGIC_VECTOR(I8 downto 0);-写地址 readData:out STD LOGIC_VECTOR(I5 downto 0);-读数据 writeData:in STD LOGIC VECTOR(I5 downto 0);-写数据 canRead:out STD LOGIC: -执行读操作（为1时读） canWrite:out STD LOGIC: 执行写操作（为1时写） CELeftn:out STD LOGIC; 左侧的SRAM的CEn信号 OELeftn:out STD LOGIC: -左侧的SRAM的CEn信号 WELeftn:out STD LOGIC; -左侧的SRAM的WEn信号 SRAMLeftAddr:out STD LOGIC VECTOR(I8 downto 0):-左侧SRAM的地 址总线 SRAMLeftData:inout STD_LOGIC_VECTOR(15 downto 0):-左侧SRAM的数 据总线 方 end sraminterface; 以下是这个模块的行为级仿真波形图（图2.8）： 课题名称：数字视频编码器子模块的设计与优化 -9- PDF created with FinePrint pdfFactory trial version http://www.fineprint.com

课题名称：数字视频编码器子模块的设计与优化 - 9 - 这 种 连 接 在 X S V800 Boa r d上 提 供 一 个 单 独 的 面 向 S R A M的 界 面 ， 这 个 程 序 提 供 了 一 个 RAM控 制 器 。 用 以 控 制 数 字 化 的 视 频 数 据 向 左 侧 的 RAM中 存 取 ， 也 既 是 为 这 些 数 据 提 供 一 个 缓 冲 区 。 这 个 模 块 的 P o r t定 义 部 分 的 代 码 如 下 所 示 ： library IEEE; use IEEE.std_logic_1164.all; entity sraminterface is port ( CLK: in STD_LOGIC; -- 时钟 Resetn: in STD_LOGIC; -- 异步重置(低有效) doRead: in STD_LOGIC; -- 当前无用 doWrite: in STD_LOGIC; -- 执行写操作 readAddr: in STD_LOGIC_VECTOR (18 downto 0); -- 读地址 writeAddr: in STD_LOGIC_VECTOR (18 downto 0); -- 写地址 readData: out STD_LOGIC_VECTOR (15 downto 0); -- 读数据 writeData: in STD_LOGIC_VECTOR (15 downto 0); -- 写数据 canRead: out STD_LOGIC; -- 执行读操作(为1时读) canWrite: out STD_LOGIC; -- 执行写操作(为1时写) CELeftn: out STD_LOGIC; -- 左侧的SRAM的CEn信号 OELeftn: out STD_LOGIC; -- 左侧的SRAM的CEn信号 WELeftn: out STD_LOGIC; -- 左侧的SRAM的WEn信号 SRAMLeftAddr: out STD_LOGIC_VECTOR (18 downto 0); -- 左侧SRAM的地 址总线 SRAMLeftData: inout STD_LOGIC_VECTOR (15 downto 0)； -- 左侧SRAM的数 据总线 ); end sraminterface; 以 下 是 这 个 模 块 的 行 为 级 仿 真 波 形 图 (图 2 . 8 )： PDF created with FinePrint pdfFactory trial version http://www.fineprint.com

Nane Value s... 15011001501200125013003501400145015006501600650 CLK 0 mnnnnnnnnnnnn Resetn 1 《=1 doRead 1 =1 Ddowiite 0 <=0 于DwriteAddr 0006F 《 00000 000e ⊕oread,dd 0006F 00000 0000F X0006F writeData 007F 07 田readData TI 0000 2222 0000 22z2 0000 2222 canRead 1 canWrite CELeftn 0 OELeftn 0 WELeftn 1 王o SRAMLeftAddr 0006f 0000 ⊕SRAMLeftData 000D X2222 2222 X2222 0000 (图2.8) ◆2.6saa7113程序 这个程序是项目Videoln的最顶层(Top-Level)的程序，其控 制着视频信号输入到saa7113芯片后解码后送入FPGA全过程。 FPGA通过使用VPO总线来将数据编码读入。而FPGA从时间控制 代码中获取读数据的时间和些数据的时间。 以下是saa7113 Video Decoder与FPGA的连接图（图2.9）： vpo luma S-Video rts0 s11 a112 Connector Virtex SAA7113 chrema (J8 FPGA Video d Decoder RCA妇ck sda cvbe (J9 (图2.9) 解码器与FPGA的管脚连接如下图（图2.10）： SAA7113 Virtex Pin FPGA Pin LLC 92 RTSO 111 RTS1 110 RTCO 113 VPOO 116 VPO1 117 VPO2 118 VPO3 125 VPO 128 VPOS 127 VPOS 128 VPO7 130 SCL 114 SDA 115 (图2.10) 课题名称：数字视频编码器子模块的设计与优化 -10- PDF created with FinePrint pdfFactory trial version http://www.fineprint.com

课题名称：数字视频编码器子模块的设计与优化 - 10 - (图 2 . 8 ) ¿2.6 saa7113程 序 这 个 程 序 是 项 目 VideoIn的 最 顶 层 (Top-Level)的 程 序 ， 其 控 制 着 视 频 信 号 输 入 到 saa7113芯 片 后 解 码 后 送 入 FPGA全 过 程 。 FPGA通 过 使 用 VPO总 线 来 将 数 据 编 码 读 入 。而 FPGA从 时 间 控 制 代 码 中 获 取 读 数 据 的 时 间 和 些 数 据 的 时 间 。 以 下 是 saa7113 Video Decoder与 FPGA的 连 接 图 (图 2 . 9 )： (图 2 . 9 ) 解 码 器 与 FPGA的 管 脚 连 接 如 下 图 (图 2 .10 )： (图 2 .10 ) PDF created with FinePrint pdfFactory trial version http://www.fineprint.com