Afficheur VGA

1. But du projet
2. I/O utilisées
3. Explication de l'algorithme
4. Résultats

L'ensemble des codes, images et vidéos sont compris dans ce répertoire.

But du projet

Nous avons eu comme projet d'afficher différentes choses sur un écran en passant par son port VGA.

I/O utilisées

Tout d'abord, voyons les entrées/sortie que nous avons utilisées.

entity vga_controller is
    Port (clk_fpga : in std_logic;
          sw : in std_logic_vector(15 downto 0);
          vgaRed : out std_logic_vector(3 downto 0);
          vgaGreen : out std_logic_vector(3 downto 0);
          vgaBlue : out std_logic_vector(3 downto 0);
          Hsync : out std_logic;
          Vsync : out std_logic);
end vga_controller;

• clk_fpga : le signal de clock du fpga
• sw : interrupteurs pour commander les couleurs
• vgaRed/Green/Blue : permet de commander la couleur à afficher
• Hsyn : synchronisation horizontale
• Vsyn : synchronisation verticale

Dans le fichier de contrainte : Cela permet associer les interrupteurs au tableau sw.

set_property -dict { PACKAGE_PIN V17   IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports {sw[0]}]
set_property -dict { PACKAGE_PIN V16   IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports {sw[1]}]
set_property -dict { PACKAGE_PIN W16   IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports {sw[2]}]
set_property -dict { PACKAGE_PIN W17   IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports {sw[3]}]
set_property -dict { PACKAGE_PIN W15   IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports {sw[4]}]
set_property -dict { PACKAGE_PIN V15   IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports {sw[5]}]
set_property -dict { PACKAGE_PIN W14   IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports {sw[6]}]
set_property -dict { PACKAGE_PIN W13   IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports {sw[7]}]
set_property -dict { PACKAGE_PIN V2    IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports {sw[8]}]
set_property -dict { PACKAGE_PIN T3    IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports {sw[9]}]
set_property -dict { PACKAGE_PIN T2    IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports {sw[10]}]
set_property -dict { PACKAGE_PIN R3    IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports {sw[11]}]
set_property -dict { PACKAGE_PIN W2    IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports {sw[12]}]
set_property -dict { PACKAGE_PIN U1    IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports {sw[13]}]
set_property -dict { PACKAGE_PIN T1    IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports {sw[14]}]
set_property -dict { PACKAGE_PIN R2    IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports {sw[14]}]

On associe tous les pins du connecteur VGA avec nos signaux pour gerer l'affichage

set_property -dict { PACKAGE_PIN G19   IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports {vgaRed[0]}]
set_property -dict { PACKAGE_PIN H19   IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports {vgaRed[1]}]
set_property -dict { PACKAGE_PIN J19   IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports {vgaRed[2]}]
set_property -dict { PACKAGE_PIN N19   IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports {vgaRed[3]}]
set_property -dict { PACKAGE_PIN N18   IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports {vgaBlue[0]}]
set_property -dict { PACKAGE_PIN L18   IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports {vgaBlue[1]}]
set_property -dict { PACKAGE_PIN K18   IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports {vgaBlue[2]}]
set_property -dict { PACKAGE_PIN J18   IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports {vgaBlue[3]}]
set_property -dict { PACKAGE_PIN J17   IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports {vgaGreen[0]}]
set_property -dict { PACKAGE_PIN H17   IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports {vgaGreen[1]}]
set_property -dict { PACKAGE_PIN G17   IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports {vgaGreen[2]}]
set_property -dict { PACKAGE_PIN D17   IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports {vgaGreen[3]}]
set_property -dict { PACKAGE_PIN P19   IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports Hsync]
set_property -dict { PACKAGE_PIN R19   IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports Vsync]

Explication de l'algorithme

Pour que le code soit compréhensible facilement, nous avons créé plusieurs process pour les différentes utilités.

Les signaux

signal clk_65MHz : std_logic;
signal Hcount : integer range 1344 downto 1 := 1;
signal Vcount : integer range 1083264 downto 1 := 1;
signal myRed: std_logic_vector(3 downto 0);
signal myBlue: std_logic_vector(3 downto 0);
signal myGreen: std_logic_vector(3 downto 0);

signal leftLimit: integer range 1025 downto 0:= 0;
signal rightLimit: integer range 1025 downto 0:= 100;
signal upLimit: integer range 768 downto 0:= 0;
signal downLimit: integer range 768 downto 0:= 100;
signal pixelX: integer range 1344 downto 1:= 1;
signal pixelY: integer range 768 downto 1;

• *Limit : Permet de délimiter les coordonnées du carré
• pixel* : Désigne la coordonnée du pixel que nous affichons ### Les process

Ce process permet de suivre les différents signaux de synchronisation verticale et horizontale grâce à une horloge 65MHz. Les signaux suivent le graphique vu en tp.

process(clk_65MHz)
begin
if clk_65MHz'event and clk_65MHz = '1' then

-- Gestion du vga

    -- Syncro horizontale
    if Hcount < 1025 then
        -- affichage
        Hsync <= '1';
        Hcount <= Hcount + 1;
    elsif Hcount  < 1049 then
        -- Fp
        Hsync <= '1';
        Hcount <= Hcount + 1;
    elsif Hcount < 1185 then
        -- Pw
        Hsync <= '0';
        Hcount <= Hcount + 1;
    elsif Hcount < 1344 then
        -- Bp
        Hsync <= '1';
        Hcount <= Hcount + 1;
    else
        Hcount <= 1;
    end if;

    -- Synchro vertical
    if Vcount < 1032193 then
        -- Affichage de toutes les lignes
        Vsync <= '1';
        Vcount <= Vcount + 1;
    elsif Vcount < (1032193 + 4032) then
        --Fp
        Vsync <= '1';
        Vcount <= Vcount + 1;
    elsif Vcount < (1032193 + 4032 + 8064) then
        --Pw
        Vsync <= '0';
        Vcount <= Vcount + 1;
    elsif Vcount < (1032192 + 4032 + 8064 + 38976) then
        --Bp
        Vsync <= '1';
        Vcount <= Vcount + 1;
    else
        Vcount <= 1;
    end if;
end if;
end process;

Ce process prends en charge l'affichage du fond de l'écran et ainsi que l'affichage du carré. En fonction de la position du carré, les couleurs vont changées avec un blanc pour le fond et la couleur selectionnée pour le carré.

process(clk_65MHz)
-- Gestion de l'affichage
begin
if clk_65MHz'event and clk_65MHz = '1' then
    if  pixelX > leftLimit and pixelX < rightLimit and pixelY > upLimit and pixelY < downLimit then
    -- Carré
        vgaRed <= myRed;
        vgaBlue <= myBlue;
        vgaGreen <= myGreen;
    elsif Hcount < 1025 and pixelY < 769 then
    -- Background
        vgaRed <= (others => '1');
        vgaBlue <= (others => '1');
        vgaGreen <= (others => '1');
    else
    -- Hors pixel
        vgaRed <= (others => '0');
        vgaBlue <= (others => '0');
        vgaGreen <= (others => '0');
    end if;
end if;
end process;

Ce process prend en charge l'affichage du fond de l'écran et ainsi que l'affichage du carré. En fonction de la position du carré, les couleurs vont changer avec un blanc pour le fond et la couleur sélectionnée pour le carré.

process(clk_65MHz)
begin
if clk_65MHz'event and clk_65MHz = '1' then
    if Vcount = 1032193 then
        if rightLimit > 1024 and downLimit > 768 then
            leftLimit <= 0;
            rightLimit <= 100;
            upLimit <= 0;
            downLimit <= 100;
        elsif rightLimit > 1024 then
            leftLimit <= 0;
            rightLimit <= 100;
            upLimit <= upLimit + 1;
            downLimit <= downLimit + 1;
        else
            leftLimit <= leftLimit + 1;
            rightLimit <= rightLimit +1;
        end if;
    end if;
end if;
end process;

Ce process permet de gérer le mouvement de notre carré grâce à ces coordonnées. Il suit se déplace vers la droite puis dès que le carré touche le bord droit, retourne tout à gauche et est décalé vers le bas puis continue son chemin. Sinon le carré retourne à sa position initiale.

process(clk_65MHz)
-- Simplification des valeurs d'écran
begin
if clk_65MHz'event and clk_65MHz = '1' then
    if Vcount = 1 then
        pixelY <= 1;
    elsif Hcount = 1025 then
        pixelY <= pixelY + 1;
    end if;
end if;
end process;

Résultats

-Nous avons mis du temps pour afficher notre première image de couleur car nous n'avions pas vu que les vecteurs RGB devaient être à 0 en dehors de l'affichage à l'écran. -Nous avons dans un premier temps réussi à afficher un écran dont la couleur est commandée par 12 interrupteurs (4 interrupteurs par couleurs)

-Puis nous avons réussi à afficher un carré dans un coin de l'écran (toujours commandé en couleurs par les interrupteurs)

-Finalement avec la séparation du code en process et en ajoutant des fonctionnalités, nous avons réussi à animer le carré automatiquement qui se déplace de droite à gauche et revient à gauche dès qu'il touche le coin droit tout en descendant.

-On en retient beaucoup de choses positives : Ce tp nous a permis d'avoir des applications concrètes en utilisant le language VHDL et les FPGA Nous avons pu nous familiariser avec la simulation et le transfert du code au FPGA Cela nous a permis un compréhension plus profonde des concepts du VHDL et des FPGA.