【紫光同创国产FPGA教程】【第十三章】字符显示实验
本原创教程由芯驿电子科技（上海）有限公司（alinx）创作，版权归本公司所有，如需转载，需授权并注明出处（http://www.alinx.com）。 1. 实验简介 在hdmi测试实验中讲解了hdmi显示原理和显示方式，本实验介绍如何使用fpga实现字符显示，通过这个实验更加深入的了解hdmi的显示方式。
2. 实验原理 实验通过字符转换工具将字符转换为16进制coe文件存放到单端口的rom ip 核中，再从rom 中把转换后的数据读取出来显示到hdmi上。
3. 程序设计 字符显示例程是在hdmi显示的基础上增加了一个osd_display的模块，“osd_display”模块是用来读取存储在rom ip核里转换后的字符信息，并在指定区域显示。程序框图如下图所示：
osd_display模块包含timing_gen_xy 模块和osd_rom模块。osd_rom里存储的字符数据，如果数据为1，osd的区域显示rom中的前景红色（显示alinx芯驿），如果数据是0，osd的区域显示数据为背景色（彩条）。
在“timing_gen_xy”模块是根据hdmi时序标准定义了“x_cnt”和“y_cnt”两个计数器并由这两个计数器产生了hdmi显示的“x”坐标和“y”坐标。程序中用“vs_edge”和“de_falling”分别表示场同步开始信号和数据有效结束信号。其原理如下图所示：
信号名称 方向 说明
rst_n in 异步复位输入,低复位
clk in 外部时钟输入
i_hs in 行同步信号
i_vs in 场同步信号
i_de in 数据有效信号
i_data in color_bar数据
o_hs out 输出行同步信号
o_vs out 输出场同步信号
o_de out 输出数据有效信号
o_data out 输出数据
x out 生成x坐标
y out 生成y坐标
timing_gen_xy模块端口
下面介绍如何存储文字信息的romip，首先需要生成能够被pango fpga识别的.dat文件。
1）在软件工具及驱动文件夹下找到“fpga字模提取”工具。
2）双击.exe文件打开工具
3）在提取工具的“字符输入”框中输入需要显示的字符，字体和字符高度可以自定义选择。设置完成后点击“转换”按钮，在界面左下角可以看到转换后的字符点阵大小，点阵的宽和高在程序中是需要用到的
点阵的宽和高这里位152x33需要跟osd_display程序中定义的一致：
4）点击“保存”按钮，将文件保存到本例程源文件目录下，需要注意的是在保存类型下应该选择pgl（*.dat）,点击“保存”按钮即可。
转换后的字符已经成了8bit的数值文件，一个字节代表8个时钟的像素，所以在从rom ip核中读取dat文件的值，需要判断每一位的值，如果值为1，显示红色前景色，否则显示背景色：
always@(posedge pclk)begin if(region_active_d0 == 1'b1) if(q[osd_x[2:0]] == 1'b1) v_data <= 24'hff0000; else v_data <= pos_data; else v_data <= pos_data;end
5）调用单端口rom ip核的过程和调用其他ip 核一样，打开菜单下的“ip compiler”， 并按如下进行设置:
在弹出的界面中地址位宽、数据位宽、dat文件及类型进行设置，设置完成后按generate即可生成osd_rom ip:
rom ip核在“osd_display”模块中例化如下：
osd_rom osd_rom_m0( .address(osd_ram_addr[15:3]), .clock(pclk), .q(q));
信号名称 方向 说明
rst_n in 异步复位输入,低复位
pclk in 外部时钟输入
i_hs in 行同步信号
i_vs in 场同步信号
i_de in 数据有效信号
i_data in color_bar数据
o_hs out 输出行同步信号
o_vs out 输出场同步信号
o_de out 输出数据有效信号
o_data out 输出数据
osd_display模块端口
4.试验现象 连接好开发板和显示器，连接方式参考《hdmi测试实验》教程，需要注意，开发板的各个连接器不要带电热插拔，下载好试验程序，可以看到显示器显示以彩条为背景的字符。开发板做为hdmi输出设备，只能通过hdmi显示设备来显示，不要试图通过笔记本电脑的hdmi接口来显示，因为笔记本也是输出设备。
默认字符显示的位置在x坐标和y坐标都是9的地方显示，另外用户可以修改下面的pos_y和pos_x的判断条件将字符显示在显示屏的任意位置：
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2. 实验原理 实验通过字符转换工具将字符转换为16进制coe文件存放到单端口的rom ip 核中，再从rom 中把转换后的数据读取出来显示到hdmi上。
3. 程序设计 字符显示例程是在hdmi显示的基础上增加了一个osd_display的模块，“osd_display”模块是用来读取存储在rom ip核里转换后的字符信息，并在指定区域显示。程序框图如下图所示：
osd_display模块包含timing_gen_xy 模块和osd_rom模块。osd_rom里存储的字符数据，如果数据为1，osd的区域显示rom中的前景红色（显示alinx芯驿），如果数据是0，osd的区域显示数据为背景色（彩条）。
在“timing_gen_xy”模块是根据hdmi时序标准定义了“x_cnt”和“y_cnt”两个计数器并由这两个计数器产生了hdmi显示的“x”坐标和“y”坐标。程序中用“vs_edge”和“de_falling”分别表示场同步开始信号和数据有效结束信号。其原理如下图所示：
信号名称 方向 说明
rst_n in 异步复位输入,低复位
clk in 外部时钟输入
i_hs in 行同步信号
i_vs in 场同步信号
i_de in 数据有效信号
i_data in color_bar数据
o_hs out 输出行同步信号
o_vs out 输出场同步信号
o_de out 输出数据有效信号
o_data out 输出数据
x out 生成x坐标
y out 生成y坐标
timing_gen_xy模块端口
下面介绍如何存储文字信息的romip，首先需要生成能够被pango fpga识别的.dat文件。
1）在软件工具及驱动文件夹下找到“fpga字模提取”工具。
2）双击.exe文件打开工具
3）在提取工具的“字符输入”框中输入需要显示的字符，字体和字符高度可以自定义选择。设置完成后点击“转换”按钮，在界面左下角可以看到转换后的字符点阵大小，点阵的宽和高在程序中是需要用到的
点阵的宽和高这里位152x33需要跟osd_display程序中定义的一致：
4）点击“保存”按钮，将文件保存到本例程源文件目录下，需要注意的是在保存类型下应该选择pgl（*.dat）,点击“保存”按钮即可。
转换后的字符已经成了8bit的数值文件，一个字节代表8个时钟的像素，所以在从rom ip核中读取dat文件的值，需要判断每一位的值，如果值为1，显示红色前景色，否则显示背景色：
always@(posedge pclk)begin if(region_active_d0 == 1'b1) if(q[osd_x[2:0]] == 1'b1) v_data <= 24'hff0000; else v_data <= pos_data; else v_data <= pos_data;end
5）调用单端口rom ip核的过程和调用其他ip 核一样，打开菜单下的“ip compiler”， 并按如下进行设置:
在弹出的界面中地址位宽、数据位宽、dat文件及类型进行设置，设置完成后按generate即可生成osd_rom ip:
rom ip核在“osd_display”模块中例化如下：
osd_rom osd_rom_m0( .address(osd_ram_addr[15:3]), .clock(pclk), .q(q));
信号名称 方向 说明
rst_n in 异步复位输入,低复位
pclk in 外部时钟输入
i_hs in 行同步信号
i_vs in 场同步信号
i_de in 数据有效信号
i_data in color_bar数据
o_hs out 输出行同步信号
o_vs out 输出场同步信号
o_de out 输出数据有效信号
o_data out 输出数据
osd_display模块端口
4.试验现象 连接好开发板和显示器，连接方式参考《hdmi测试实验》教程，需要注意，开发板的各个连接器不要带电热插拔，下载好试验程序，可以看到显示器显示以彩条为背景的字符。开发板做为hdmi输出设备，只能通过hdmi显示设备来显示，不要试图通过笔记本电脑的hdmi接口来显示，因为笔记本也是输出设备。
默认字符显示的位置在x坐标和y坐标都是9的地方显示，另外用户可以修改下面的pos_y和pos_x的判断条件将字符显示在显示屏的任意位置：
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