ĐỒ ÁN CƠ SỞ Nghiên cứu VGA và xây dựng ứng dụng trên kit UP2_3 ppsx

ĐỒ ÁN CƠ SỞ Nghiên cứu VGA và xây dựng ứng dụng trên kit UP2 2. KHỐI I2C_VIDEO_CONFIG 2.1 SƠ ĐỒ KHỐI Hình 6.1: Sơ đồ khối I2C_Video_Config Tên Mô tả ICLK Xung Clock 50MHz từ kit DE2 RESET Tín hiệu Reset hệ thống I2C_SCLK Ngõ ra ch ứ a xung Clock cung c ấ p cho ADV7181B I2C_DATA Port 2 chiều để cấu hình các giá trị thanh ghi của ADV7181B Hình 6.2: Dạng sóng để truyền dữ liệu và cấu trúc ghi với giao thức I2C 2.2 MÔ TẢ Vai trò của khối chỉ là ghi giá trị vào các thanh ghi của ADV7181B nên có thể chọn xung clock làm việc của khối là 20KHz nhờ vào bộ chia tần số 50MHz. Địa chỉ Slaver của ADV7181B là 40h nên ta sử dụng cách gán mI2C_DATA là kiểu dữ liệu cần truyền trên Bus và LUT_DATA chứa địa chỉ của thanh ghi và giá trị cần nạp. Khi reset, bắt đầu cấu hình lại cho ADV7181B bằng cách xóa giá trị các bộ đếm và cờ. Sau đó để nạp giá trị cho các thanh ghi ta sử dụng máy trạng thái sau: always@(posedge mI2C_CTRL_CLK or negedge iRST_N) begin if (!iRST_N) begin LUT_INDEX<= 0; mSetup_ST <= 0; mI2C_GO <= 0; end else begin if(LUT_INDEX<LUT_SIZE) //LUT_SIZE là số lần nạp giá trị cho các thanh ghi cần thiết //LUT_INDEX là biến đếm để ánh xạ đến địa chỉ của các thanh ghi và giá trị cần nạp. begin case(mSetup_ST) 0: begin //nhập chuỗi dữ liệu cần truyền để đặt giá trị cho các thanh ghi mI2C_DATA <= {8’h40,LUT_DATA}; mI2C_GO <= 1; mSetup_ST <= 1; end 1: begin If(mI2C_END) //mI2C_END là cờ báo khi truyền hết chuỗi dữ liệu begin //có xác nhận ACK là đã nạp xong giá trị cho một thanh ghi từ //ADV thì nhảy tới trạng thái 2 if(!mI2C_ACK) mSetup_ST <= 2; //không có xác nhận thì nhảy về trạng thái 0 else mSetup_ST <= 0; mI2C_GO <= 0; end end 2: begin //tăng LUT_INDEX lên 1 để nhảy đến thay ghi mới rồi quay về trạng thái 0 LUT_INDEX <= LUT_INDEX + 1; mSetup_ST <= 0; end endcase end end end Ta chỉ cần đặt giá trị cho một thanh ghi cần thiết nên không thực hiện việc tăng dần địa chỉ thanh ghi mà sẽ ánh xạ từ LUX_INDEX đến LUX_DATA nhờ vào lệnh case, chẳng hạn như khi LUX_INDEX=27 để nạp giá trị 8’50 vào thanh ghi địa chỉ 8’h00 ta có cấu trúc: case(LUX_INDEX): 27: LUT_DATA <= 16’h0050; Để AVD7181B có thể phát hiện chuẩn video NTSC thì ta sẽ nạp các giá trị cho các thanh ghi theo bảng giá trị cài đặt ở phần mô tả ADV7181B. Tuy nhiên khi truyền chuỗi này trên bus ta cần phải thêm các bit đồng bộ: 1 bit cho trạng thái IDE, 2 bit để thiết lặp cờ START, 3 bit để chờ ACK cho ADV xác nhận, 3 bit để thiết lặp cờ STOP và báo kết thúc chuỗi, vì vậy thực sự chuỗi dài 33 bit: case(SD_COUNTER) 6’d0 : begin ACK1=0; ACK2=0; ACK3=0; END=0;SDO=1;SCLK=1;end //thiết lặp cờ START 6’d1 : begin SD=I2C_DATA;SDO=0;end 6’d2 : SCLK=0; //địa chỉ SLAVER của ADV7181B 6’d3 : SDO=SD[23]; 6’d4 : SDO=SD[22]; 6’d5 : SDO=SD[21]; 6’d6 : SDO=SD[20]; 6’d7 : SDO=SD[19]; 6’d8 : SDO=SD[18]; 6’d9 : SDO=SD[17]; 6’d10 : SDO=SD[16]; //thả nổi đường truyền nhập để ACK từ ADV7181B qua port 2 chiều I2C_DATA 6’d20 : SDO=1’bz; //giá trị cần ghi vào thanh ghi 6’d21 : begin SDO=SD[7]; ACK2=I2C_SDAT;end 6’d22 : SDO=SD[6]; 6’d23 : SDO=SD[5]; 6’d24 : SDO=SD[4]; 6’d25 : SDO=SD[3]; 6’d26 : SDO=SD[2]; 6’d27 : SDO=SD[1]; 6’d28 : SDO=SD[0]; //thả nổi đường truyền nhập ACK từ ADV7181B qua port 2 chiều I2C_DATA 6’d29 : SDO=1’bz; //thiết lặp cờ STOP và báo kết thúc chuỗi 6’d30 : begin SDO=1’b0; SCLK=1’b0; ACK3=I2C_SDAT;end 6’d31 : SCLK=1’b1; 6’d32 : begin SDO=1’b1;END=1;end endcase Trong đó SD_COUTER thực hiện đếm từ 0 đến 63, như vậy việc nạp cho một thanh ghi chỉ thực hiện trong 33 chu kỳ đầu còn 30 chu kỳ sau thì bus ở trạng thái IDE (SCLK=1 va SDO=1) để chờ chu kỳ tiếp theo. Đồng thời để đảm bảo được yêu cầu về dạng sóng trên chân I2C_SCLK và xác nhận (ACK) đã nạp xong thanh ghi, ta thực hiện: wire I2C_SCLK = SCLK | (((SD_COUTER>=4) & (SD_COUTER<=30))? ~CLOCK : 0 ); wire ACK=ACK1 | ACK2 | ACK3; // khi xét xác nhận đã nạp xong thanh ghi ta sử dụng giá trị bù của //ACK (tích cực mức thấp), chỉ xác nhận khi có đủ 3 xác nhận ACK1, //ACK2, ACK3 Và dạng sóng thu được trên chân I2C_SCLK như sau (END từ 0 lên 1 chỉ ra rằng đã nạp xong giá trị cho một thanh ghi): Hình 6.4: dạng sóng mô phỏng trên chân I2C_SCLK 3. KHỐI TIMER TRÌ HOÃN BAN ĐẦU 3.1 SƠ ĐỒ KHỐI Hình 7.1: Sơ đồ của khối timer trì hoãn ban đầu Tên Mô tả ICLK Xung clock 50Mhz t ừ kit DE2 VS Tín hi ệ u VS (Vertical Sync) t ừ ADV7181B HS Tín hi ệ u HS (Horizontal Sync) t ừ ADV7181B TD_Stable Báo hi ệ u ADV7181b đ ã ho ạ t đ ộ ng ổ n đ ị nh RST0, RST1, RST3 Ngõ ra cho phép các kh ố i khác b ắ t đ ầ u làm việc 3.2 MÔ TẢ Với cấu hình đã cài đặt ở phần trước, khi đã hoạt động ổn định, dạng sóng do ADV7181B phát ra như sau: Hình 7.2: Mô tả dạng sóng ADV7181B Vì vậy để phát hiện xem chip mã hóa này đã hoạt động ổn định hay chưa khối TD_DETEC tiến hành kiểm tra điều kiện: VS ở mức cao trong 9 chu kỳ liên tiếp của HS rồi chuyển xuống mức thấp, nếu thỏa mãn thì đưa TD_Stable lên mức cao. Khi tín hiệu TD_Stable lên mức cao, khối RESET_DELAY bắt đầu đếm lên theo xung nhịp của ICLK (50MHz) để tính thời điểm xuất ra mức 1 trên các chân RST0, RST1, RST2. Các tín hiệu này dùng để khởi động các khối khác theo trình tự như sau: a) Ban đầu xóa tất cả dữ liệu trong các khối. b) Tính từ thời điểm TD_Stable lên 1 (đơn vị là chu kỳ clock 27MHz) - Sau 1132461.5: tích cực RST0 để kích hoạt khối SDRAM BUFFER. - Sau 1698692.5: tích cực RST1 để kích hoạt khối Desize Horizon. - Sau 2264923.5: tích cực RST2 để kích hoạt khối xử lý ảnh YUV và VGA controller. c) Giữ nguyên giá trị ngõ ra cho đến khi có tín hiệu RESET hệ thống thì lặp lại.  Điểm cần chú ý ở đây là khi Desize Horizon hoạt động thì sẽ xuất DATA_VALID cho phép ghi dữ liệu vào SDRAM BUFFER. Rồi phải chờ một khoảng thời gian để ghi đủ số liệu cần thiết mới kích hoạt VGA Controller để xuất dữ liệu từ SDRAM BUFFER. Như ta đã biết một frame ảnh do ADV7181B xuất ra bao gồm 900900 byte (525 line, mỗi line có 1716 byte) hay để truyền hết một frame sẽ mất 900900 chu kỳ. Do xung clock trên chân LLC để truyền các byte là 27MHz nên ta kiểm tra lại các thời điểm này như sau: - Lấy gốc thời gian là khi bắt đầu frame đầu tiên. - TD_Stable lên 1 khi Frame đầu tiên đã phát được 9 line: 9 x 1716 = 15444 chu kỳ. - Frame thứ ba được bắt đầu tại thời điểm 2 x 900900 = 1801800 - Khối Desize Horizon được kích hoạt tại thời điểm 1714136.5 (= 15444 + 1698692.5) tức là trước khi frame thứ ba bắt đầu. Đảm bảo rằng khối sẽ xuất ra DATA_VALID = 1 ở toàn bộ các Active Pixel của frame thứ 3. - Khối VGA Controller được kích hoạt tại thời điểm 2280367.5(=15444 + 2264923.5) nên oRequest được xuất ra tại thời điểm 2315727.5(= 2280376.5 + 35360). Với 35360 chu kỳ là khoảng thời gian từ khi khối được reset cho đến khi oRequest lên 1. Vậy việc đọc từ SDRAM BUFFER được kích hoạt khi frame thứ 3 đã bắt đầu được một khoảng thời gian là 513927.5(= 2315727.5 – 1801800). Điều này đảm bảo cho việc xuất ra đúng từng frame từ SDRAM BUFFER mà ta sẽ đề cập kỹ hơn ở phần mô tả SDRAM BUFFER. 4. KHỐI DISIZE_HORIZON 4.1 SƠ ĐỒ KHỐI Hình 8.1: Sơ đồ khối Disize_Horizon Tên Mô tả CLK_27 Xung clock 27MHz từ kit DE2 RST_N Reset hệ thống TD_DATA[7:0] Dữ liệu hình ảnh từ ADV7181B [...]... CbYnCrYn+1 liên tiếp thì phải hoán đổi giữa 2 thành phần Cb và Cr cứ sau 2 lần loại bỏ 1 Pixel Hình 8.2: Vị trí các Pixel trong chuỗi Như ở hình trên X là vị trí các Pixel bị loại bỏ (bị bỏ qua khi hiển thị lên màn hình), khi đó chuỗi Pixel tại S1 là Cb4Y8Cb5Y10 và tại E1 là Cr8Y17Cr9Y19 vì vậy để đảm bảo chuỗi có dạng CbYCrY liên tiếp thì phải hoán đổi vị trí giữa Cb và Cr trong khoảng Cb5Y10…Cr8Y17... remain là thương và số dư, ta nhập các điều kiện oTV_X có chia hết cho 9 và thương là số lẻ thông qua các chân iSkip và iSwap_CbCr bằng cách khai báo: Desize_Horizontal u4 ( iTD_DATA(TD_DATA), oTV_X(TV_X), oYCbCr(YCbCr), oDVAL(TV_DVAL), iSwap_CbCr(Quotient[0]), iSkip(Remain==4'h0), iRST_N(DLY1), iCLK_27(TD_CLK) ); Sau đó ghép 1 Y với 1 Cr hay 1 Y với 1 Cb đồng thời hoán đổi vị trí của Cr và Cb tại các... bất đồng bộ do khối Timer trì hoãn cung cấp Xung clock 27MHz từ chân TD_CLK của CLK ADV7181B Số chia = 9 TV_X[9:0] Số chia cung cấp cho bộ chia do người thiết kế nhập vào Vị trí của Pixel trong hàng hiện hành đồng thời cũng là số bị chia cung cấp cho bộ chia Thương[9:0] Thương của phép chia TV_X cho 9 Số dư [9:0] Số dư của phép chia TV_X cho 9 DATA_VALID oYCbCr[15:0] Đồng bộ cho oYCbCr để đưa vào SDRAM_Controller... cho phép Pixel đi kèm được ghi vào SDRAM thông qua SDRAM_Controller Do frame mà ADV7181B xuất ra có dạng 720 x 480 để đưa về chuẩn 640 x 480 mà hình ảnh không bị xén thì với mỗi 9 pixel liên tiếp ta sẽ loại bỏ Pixel đầu tiên: Không cho phép ghi vào SDRAM bằng cách đưa DATA_VALID xuống mức 0 (lấy ra 8 Pixel trong 9 Pixel: 640 = x 720 ) Đồng thời để đảm bảo được chuỗi đưa vào SDRAM_Controller vẫn có dạng... hay 1 Y với 1 Cb đồng thời hoán đổi vị trí của Cr và Cb tại các vị trí cần thiết: if(iSwap_CbCr) begin case(Cont[1:0]) //hoán đổi Cb và Cr 0: Cb . ĐỒ ÁN CƠ SỞ Nghiên cứu VGA và xây dựng ứng dụng trên kit UP2 2. KHỐI I2C_VIDEO_CONFIG 2.1 SƠ ĐỒ KHỐI Hình 6.1: Sơ đồ khối I2C_Video_Config Tên Mô. Controller được kích hoạt tại thời điểm 228 036 7.5(=15444 + 22649 23. 5) nên oRequest được xuất ra tại thời điểm 231 5727.5(= 228 037 6.5 + 35 360). Với 35 360 chu kỳ là khoảng thời gian từ khi khối. hiện trong 33 chu kỳ đầu còn 30 chu kỳ sau thì bus ở trạng thái IDE (SCLK=1 va SDO=1) để chờ chu kỳ tiếp theo. Đồng thời để đảm bảo được yêu cầu về dạng sóng trên chân I2C_SCLK và xác nhận