KHỐI DISIZE

2. KHỐI DISIZE_HORIZON 2.1 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 ACLR Tín hiệu xóa bất đồng bộ do khối Timer trì hoãn cung cấp CLK Xung clock 27MHz từ chân TD_CLK của ADV7181B Số chia = 9 Số chia cung cấp cho bộ chia do người thiết kế nhập vào TV_X[9:0] 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 Đồng bộ cho oYCbCr để đưa vào SDRAM_Controller oYCbCr[15:0] Chuỗi dữ liệu ảnh ngõ ra DATA_VALID: ở mức 1 thì sẽ 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 = 8 9 x 720 ). Đồng thời để đảm bảo được chuỗi đưa vào SDRAM_Controller vẫn có dạng chuỗi C b Y n C r Y n+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 Cb 4 Y 8 Cb 5 Y10 và tại E1 là Cr 8 Y 17 Cr 9 Y 19 vì vậy để đảm bảo chuỗi có dạng CbYCrY liên tiếp thì phải hoán đổi vị trí giữa Cb và Cr trong khoảng Cb 5 Y 10 …Cr 8 Y 17. 2.2 MÔ TẢ TD_DATA là chuỗi Pixel được phát ra theo chuẩn Video ITU656. Ta có thể xem một frame thực sự bắt đầu với Odd Field khi bit F (bit 6 trong byte cuối của trường SAV hay EAV) chuyển từ 1 về 0, vậy để xét điều kiện bắt đầu của một frame ta phải đợi đến trường SAV hay EAV rồi mới kiểm tra giá trị của bit F: Window <= {Window[15:0],iTD_DATA}; if (Window == 24’hFF0000) //khi phát hiện trường SAV (EAV) thì gán giá trị bit V cho FVAL và bit F cho //Field begin FVAL <= !iTD_DATA[5]; Field <= iTD_DATA[6]; end //kiểm tra điều kiện bit F chuyển từ 1 về 0 để bắt đầu 1 frame như sau: Pre_Field <= Field; if ({ Pre_Field, Field } == 2’b10) Start <= 1’b1; //khởi động bộ đếm cont để xác định số byte của chuỗi Pixel trong 1 hàng if (SAV) begin cont <= 18’h0; Active_video <= 1’b0; End else if (cont < 1440) cont <= cont+1’b1; //cứ 2 byte 1 Pixel khi xác định vị trí Pixel trong hàng thì phải chia cont cho 2 assign oTV_X = cont>>1; Để thực hiện phép chia oTV_X cho 9 ta sử dụng bộ chia từ thư viện của quatus: Phần Menu >> Tools >> MegaWizard Plug_in Manager…>>Create… tạo custom mới đặt tên là DVI; chọn phần Arithmetic >> LPM_DEVIDE. Vì oTV_X ≤ 720 nên chọn độ rộng bit của số bị chia (Numberator) là 10, độ rộng bit của số chia (denominator) là 4, kiểu dữ liệu không dấu. Vì số chia cần nhập là 9 nên ta ghép vào khối tổng thể như sau: DIV u5 ( .aclr(!DLY0), .clock(TD_CLK), .denom(4’h9), .number(TV_X), .quotient(Quotient), .remain(Remain)); Trong đó quotient, 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 vị trí cần thiết: if(iSwap_CbCr) begin case(Cont[1:0]) //hoán đổi Cb và Cr 0: Cb <= iTD_DATA; 1: YCbCr <= {iTD_DATA,Cr}; 2: Cr <= iTD_DATA; 3: YCbCr <= {iTD_DATA,Cb}; endcase end else begin case(Cont[1:0]) //không cần hoán đổi 0: Cb <= iTD_DATA; 1: YCbCr <= {iTD_DATA,Cb}; 2: Cr <= iTD_DATA; 3: YCbCr <= {iTD_DATA,Cr}; endcase end Sau đó xét thêm điều kiện Cont[0] để đảm bảo việc ghép 1 byte Y với 1 byte Cr hay 1 byte Y với 1 byte Cb đã hoàn thành để xuất DATA_VALID : if(Start && FVAL && Active_Video && Cont[0] && !iSkip ) Data_Valid <= 1'b1; else Data_Valid <= 1'b0; Như vậy Data_Valid chỉ lên 1 ở Active Pixel để điều khiển sự ghi vào SDRAM BUFFER. 3. KHỐI SDRAM BUFFER 3.1 SƠ ĐỒ KHỐI Gồm 2 khối PLL và SDRAM Controller: Hình 9.1: Sơ đồ khối SDRAM BUFFER Tên Mô tả RESET Tín hiệu reset hệ thống CLK_27 Xung clock 27MHz từ kit DE2 CLK Xung clock 81MHz PLL đưa ra cho các ngõ vào CLK của khối SDRAM Controller ( chính là tần số đọc của SDRAM WRITE FIFO, ghi của SDRAM READ FIFO1 và SDRAM READ FIFO2) SDR_CLK Xuất xung clock 81MHz cho SDRAM WR_LOAD RD1_LOAD RD2_LOAD Lần lượt là tín hiệu để xóa bất đồng bộ SDRAM WRITE FIFO, SDRAM READ FIFO1 và SDRAM READ FIFO2 lấy từ chân RST0 của khối Timer trì hoãn ban đầu. WR_DATA Dữ liệu ảnh đưa vào SDRAM WRITE FIFO do Desize horizon cấp WR Cho phép ghi vào SDRAM WRITE FIFO lấy từ chân DATA_VALID của khối Desize horizon WR_CLK Xung clock 27MHz từ chân LLC(TD_CLK) của ADV7181B RD_WRFIFO Cho phép đọc dữ liệu từ SDRAM WRITE FIFO WRITE_SIDE[8:0] Số từ (Word) hiện có trong SDRAM WRITE FIFO DATA_IN Dữ liệu từ SDRAM WRITE FIFO đưa vào Control Center để ghi SDRAM. DATA_OUT[15:0] Dữ liệu Control Center đọc từ SDRAM để xuất ra ngoài qua 1 trong 2 FIFO: SDRAM READ FIFO1, SDRAM READ FIFO2 RD1 RD2 RD1 = ~ RD2: Lần lượt cho phép đọc dữ liệu từ SDRAM READ FIFO1, SDRAM READ FIFO2 với sự điều khiển của khối VGA Cotroller thông qua chân Request và VGA_Y. RD1_CLK RD2_CLK Tần số đọc của SDRAM READ FIFO1 và SDRAM READ FIFO2 được là 27MHz từ KIT DE2 READ_SIDE1[8:0] Số từ (Word) hiện có trong SDRAM READ FIFO1 READ_SIDE2[8:0] Số từ (Word) hiện có trong SDRAM READ FIFO2 WR_RDFIFO1 Cho phép ghi dữ liệu SDRAM READ FIFO1 WR_RDFIFO2 Cho phép ghi dữ liệu SDRAM READ FIFO2 RD1_DATA[15:0] RD2_DATA[15:0] Dữ liệu ngõ ra cung cấp cho khối xử lý ảnh YUV Các chân DQ[15:0], SA[11:0], CKE, CAS_N, RAS_N, SDR_CLK, WE_N, BA[1:0], CS_N[1:0], DQM[1:0] thì được nối tương ứng vào chip SDRAM có sẵn trên kit DE2. 3.2 MÔ TẢ Như ta đã biết 1 frame ảnh theo chuẩn ITU656 bao gồm Odd Field và Even Field: khi xuất ra màn hình thì các line thuộc Odd Field sẽ được hiển thị ở hàng lẻ, còn các line thuộc Even là hàng chẵn. Nên các line của 2 Field này phải được xuất xen kẽ nhau nhưng trong chuỗi video ITU656 do ADV7181B xuất ra thì 2 Field được xuất liên tục: xuất xong Odd Field rồi mới tới Even Field (các frame khi ghi vào SDRAM thì thành 2 Field liên tục) nên để xuất ra các line xen kẽ thì ta phải tuần tự xuất 1 line từ địa chỉ mà Odd Field được lưu giữ rồi lại xuất tiếp 1 line từ địa chỉ mà Even Field được lưu giữ. Dữ liệu trong một frame ảnh sẽ được ghi lần lượt vào SDRAM từ địa chỉ 0 đến địa chỉ 324480 (324480 = 640 x 507, 507 chính là số line của frame được ghi vào SDRAM ,ta bỏ qua 18 line có bit V =1 ), lúc này phần dữ liệu cần xuất ra từ SDRAM chia thành 2 phần (trong 1 frame theo chuẩn ITU656 thực sự có tới 487 active line, ta xén bớt 7 active line để giảm số line về chuẩn hiển thị là 480): • Phần 1: Từ địa chỉ 8320 (640 x 13) đến 161920 (640 x 253) sẽ là các Pixel thuộc Odd Field. Đây chính là 240 line từ 23 đến 262 trong frame gốc. • Phần 2: Từ địa chỉ 170880 (640 x 267) đến 324480 (640 x 507) là các Pixel thuộc Even Field. Đây chính là 240 line từ 286 đến 525 trong frame gốc. SDRAM hỗ trợ chế độ truy cập dữ liệu theo từng khối (Burst) với chiều dài khối có thể thay đổi được nhờ vào cài đặt giá trị 3 bit cuối (BL) của thanh ghi mode register bằng cách truy cập chế độ load mode rồi nhập giá trị cho thanh ghi này qua các chân địa chỉ: Ở đây đọc và ghi theo từng khối 128 word 16 bit nên nhập BL = 111: chiều dài của Burts là full page (tức là 256 word với việc sử dụng SDRAM dưới dạng 4M x 16); WT=0: truy xuất tuần tự (Sequential) dữ liệu trong khối; LTMODE = 011: thời gian chờ (latency) cho tín hiệu RAS là 3 chu kỳ; Các Burst dữ liệu của 2 phần trên sẽ được xuất xen kẽ nhau. Ta khởi tạo và chi xuất địa chỉ cho các phần này như sau: if(!RESET_N) begin rWR_ADDR <= 0; rWR_MAX_ADDR <= 640*507; rRD1_ADDR <= 640*13; rRD1_MAX_ADDR <= 640*253; rRD2_ADDR <= 640*267; rRD2_MAX_ADDR <= 640*507; //chiều dài của khối cần truy xuất rWR_LENGTH <= 128; rRD1_LENGTH <= 128; rRD2_LENGTH <= 128; end else begin //nếu đã thực hiện xong tác vụ mWR_DONE, mRD_DONE và có cờ báo thực hiện tác vụ mới đối với một khối WR_MASK[0], RD_MASK[0], RD_MASK[1] thì tăng địa chỉ khối lên 1 khối và lặp lại cho đến khi vượt quá địa chỉ tối đa thì quay về địa chỉ ban đầu. //ghi vào SDRAM if(WR_LOAD) begin rWR_ADDR <= WR1_ADDR; rWR_LENGTH <= WR1_LENGTH; end else if(mWR_DONE&WR_MASK[0]) begin if(rWR_ADDR<rWR_MAX_ADDR-rWR_LENGTH) rWR_ADDR <= rWR_ADDR+rWR_LENGTH; else rWR_ADDR <= WR_ADDR; end //đọc dữ liệu từ phần 1 if(RD1_LOAD) begin rRD1_ADDR <= RD1_ADDR; rRD1_LENGTH <= RD1_LENGTH; end else if(mRD_DONE&RD_MASK[0]) begin if(rRD1_ADDR<rRD1_MAX_ADDR-rRD1_LENGTH) rRD1_ADDR <= rRD1_ADDR+rRD1_LENGTH; else rRD1_ADDR <= RD1_ADDR; end //đọc dữ liệu từ phần 2 if(RD2_LOAD) begin rRD2_ADDR <= RD2_ADDR; rRD2_LENGTH <= RD2_LENGTH; end else if(mRD_DONE&RD_MASK[1]) begin if(rRD2_ADDR<rRD2_MAX_ADDR-rRD2_LENGTH) rRD2_ADDR <= rRD2_ADDR+rRD2_LENGTH; else rRD2_ADDR <= RD2_ADDR; end end Trước hết cần tạo một khối điều khiển việc ghi và đọc SDRAM xen kẽ nhau, mỗi lần đọc hay ghi dữ liệu sẽ thao tác trên từng Burst có chiều dài là 128 từ (Word) theo thứ tự ưu tiên (chờ thao tác hiện thời hoàn thành rồi mới thực hiện thao tác tiếp theo): - Đọc 1 khối từ SDRAM rồi ghi vào SDRAM READ FIFO1 để xuất chuỗi Pixel thuộc Odd Frame. - Đọc 1 khối từ SDRAM rồi ghi vào SDRAM READ FIFO2 để xuất chuỗi Pixel thuộc Even Frame. - Ghi 1 khối từ SDRAM WRITE FIFO vào SDRAM. Ở trên ta thực hiện 3 thao tác xen kẽ nhau, vì vậy để dữ liệu có thể đồng bộ nhập, xuất dữ liệu với các khối khác thì phải cung cấp tần số làm việc cho SDRAM và tần số truy xuất dữ liệu giữa các khối FIFO và SDRAM gấp 3 lần tần số clock của các khối khác. Để tạo các xung clock này ta sử dụng thư viện của Quartus để tạo khối PLL : Phần Menu >> Tools >> MegaWizard Plug_in Manager… >> Create… tạo một custom mới, đặt tên là SDRAM_PLL, chọn phần I/O >> ALTCLKILOCK, ta không sử dụng các chân đồng bộ mà chỉ nhập các thông số cho tần số ngõ vào và tần số ngõ ra như sau: inclk0 là 27MHz; c0 chọn tần số là 81MHz với pha ban đầu là 0; c1 tần số là 81 MHz với pha ban đầu trễ 3ns (bù trừ với khảng thời gian điều khiển các tín hiệu đồng bộ để truy cập SDRAM). Chân c0 sẽ cung cấp tần số đọc tần số cho SDRAM WRITE FIFO để ghi dữ liệu vào SDRAM, tần số ghi cho SDRAM READ FIFO1 và SDRAM READ FIFO2 để ghi dữ liệu được xuất ra từ SDRAM. Chân c1 cung cấp tần số làm việc cho SDRAM. Đồng thời khi thực hiện 1 tác vụ ta cần phải trì hoãn các tác vụ khác một khoảng thời gian được mô tả theo giãn đồ sau (chưa xét tác động của RD1 và RD2): Hình 9.2: Giản đồ định thì cho chu kỳ truy xuất giữa SDRAM và các FIFO Vì vậy để đảm bảo truy xuất đúng dữ liệu thì cần phải có các FIFO có chiều dài 384 ( tức là 128 x 3 ). Tuy nhiên trong thư viện của Quarus chỉ có FIFO dài 384 Word nên sẽ tạo một FIFO dài 512 Word như sau: Phần Menu >> Tools >> MegaWizard Plug_in Manager… >> Create … tạo một custom mới, đặt tên là SDRAM_WRITE_FIFO, chọn phần Memory Compiler >> FIFO chọn độ rộng dữ liệu là 16bit, chiều dài ( deep ) là 512 Words. Làm tương tự để tạo các khối SDRAM_READ_FIFO1 và SDRAM_READ_FIFO2. [...]... thứ 253 thì WR mới chỉ ghi tới line (253-130)×2 = 246 Đảm bảo dữ liêu được xuất vẫn là của frame hiện thời Ngoài ra trong khối Control Center còn có các khối command, control interface để tạo và đồng bộ các lệnh làm tươi (refresh), tích nạp (Precharge), chọn chế độ đọc, ghi, truyền khối, đồng thời mã hóa và giải mã lệnh cho SDRAM theo mô tả các chế độ truy cập SDRAM ở Bảng 1.2 với cấu trúc khá phức tạp... sử dụng code verilog từ công ty Altera và hãng sản xuất KIT DE2 là Terasic Khi ghép vào trong khối tổng thể ta sẽ dùng cấu trúc để xuất dữ liệu như sau: RD1_DATA(m1YCbCr), RD2_DATA(m2YCbCr), rồi chọn dữ liệu để đưa vào khối xử lý ảnh YUV : assign mYCbCr_d = !VGA_Y[0]? m1YcbCr : m2YCbCr; với !VGA_Y[0] là do khối VGA Controller đưa ra cho biết line đang xuất trên màn hình ở vị trí lẻ hay chẵn để chọn... kế, tuy nhiên các thay đổi này tương đối đơn giản như tăng tần số xung clock lên 108 MHz, sử dụng thêm 1 tác vụ ghi trống (WR2) để đảm bảo dữ liệu xuất ra đung theo yêu cầu Thực hiện ghi và xuất từng khối dữ liệu xen kẽ từ SDRAM như sau: //ghi vào SDRAM READ FIFO1 các Pixel thuộc line Odd frame if( (READ_SIDE1< rRD1_LENGTH) ) begin mADDR . 2. KHỐI DISIZE_ HORIZON 2.1 SƠ ĐỒ KHỐI Hình 8.1: Sơ đồ khối Disize_ Horizon Tên Mô tả CLK_27 Xung clock 27MHz. khiển sự ghi vào SDRAM BUFFER. 3. KHỐI SDRAM BUFFER 3.1 SƠ ĐỒ KHỐI Gồm 2 khối PLL và SDRAM Controller: Hình 9.1: Sơ đồ khối SDRAM BUFFER Tên Mô tả RESET