[米联客-XILINX-H3_CZ08_7100] FPGA程序设计基础实验连载-24 TPG图像测试数据发生器设计
软件版本：VIVADO2021.1
操作系统：WIN10 64bit
硬件平台：适用 XILINX A7/K7/Z7/ZU/KU 系列 FPGA
实验平台：米联客-MLK-H3-CZ08-7100开发板
板卡获取平台：https://milianke.tmall.com/
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目录
1概述
2 TPG视频测试模式发生器
2.1系统框图
2.2时序设计
3 TPG源码
4 RTL仿真
4.1仿真激励文件
4.2仿真结果
1概述
TPG(video_test_pattern generator) 视频测试模式发生器用于产生测试数据，对视频数据通路测试。
2 TPG视频测试模式发生器
2.1系统框图
I_tpg_ck：视频格式的像素时钟
I_tpg_vs：视频格式的场同步信号
I_tpg_hs：视频格式的行同步信号
I_tpg_de：视频格式的有效数据阶段
O_tpg_vs：同I_tpg_vs
O_tpg_hs：同I_tpg_hs
O_tpg_de：同I_tpg_de
O_tpg_data：rgb格式数据输出
2.2时序设计
视频数据的有效区域如下图所示：视频数据在H_AcitiveSize和V_AcitiveSize同时有效时候有效
3 TPG源码
产生彩条、纯色、黑白棋方格测试数据，用于视频测试。
`timescale 1ns / 1ns//仿真时间刻度/精度
module uitpg
(
input I_tpg_clk, //系统时钟
input I_tpg_rstn,//系统复位
input I_tpg_vs, //场同步输入
input I_tpg_hs, //行同步输入
input I_tpg_de, //视频数据有效输入
output O_tpg_vs, //场同步输出
output O_tpg_hs, //行同步输出
output O_tpg_de, //视频数据有效输出
output [23:0] O_tpg_data //有效测试数据
);
reg tpg_vs_r = 1'b0; //对vs信号寄存
reg tpg_hs_r = 1'b0; //对hs信号寄存
reg [7 :0] grid_data = 8'd0; //grid棋方格寄存器
reg [23:0] color_bar = 24'd0;//RGB 彩条寄存器
reg [10:0] dis_mode = 11'd0;//显示模式寄存器
reg [7 :0] r_reg = 8'd0; //红寄存器
reg [7 :0] g_reg = 8'd0; //绿寄存器
reg [7 :0] b_reg = 8'd0; //蓝寄存器
always @(posedge I_tpg_clk)begin
tpg_vs_r <= I_tpg_vs; //对vs信号寄存一次
tpg_hs_r <= I_tpg_hs; //对hs信号寄存一次
end
reg [11:0]v_cnt = 12'd0; //视频垂直方向，行计数器
reg [11:0]h_cnt = 12'd0; //视频水平方向，列计数器
//h_cnt计数器模块
always @(posedge I_tpg_clk)
h_cnt <= I_tpg_de ? h_cnt + 1'b1 : 12'd0; //计数行有效像素,当de无效，重置 h_cnt=0
//v_cnt计数器模块
always @(posedge I_tpg_clk)
if(I_tpg_vs) //通过vs产生同步复位
v_cnt <= 12'd0; //重置v_cnt=0
else
v_cnt <= ((!tpg_hs_r)&&I_tpg_hs) ? v_cnt + 1'b1 : v_cnt; //hs信号的上升沿，v_cnt计数，这种方式可以不管hs有效是高电平还是低电平的情况,v_cnt 视频垂直方向，行计数器，计数行数量
//显示模式切换
always @(posedge I_tpg_clk)
if(I_tpg_rstn==1'b0)
dis_mode <= 0;
else
dis_mode <= ((!tpg_vs_r)&&I_tpg_vs) ? dis_mode + 1'b1 : dis_mode;
//grid_data发生器
always @(posedge I_tpg_clk)begin
grid_data <= ((v_cnt[4]==1'b1) ^ (h_cnt[4]==1'b1)) ? 8'h00 : 8'hff; //方格大小16*16，黑白交替
end
//RGB彩条发生器
always @(posedge I_tpg_clk)
begin
if(h_cnt==260)
color_bar <= 24'hff0000;//红
else if(h_cnt==420)
color_bar <= 24'h00ff00;//绿
else if(h_cnt==580)
color_bar <= 24'h0000ff;//蓝
else if(h_cnt==740)
color_bar <= 24'hff00ff;//紫
else if(h_cnt==900)
color_bar <= 24'hffff00;//黄
else if(h_cnt==1060)
color_bar <= 24'h00ffff;//青蓝
else if(h_cnt==1220)
color_bar <= 24'hffffff;//白
else if(h_cnt==1380)
color_bar <= 24'h000000;//黑
else
color_bar <= color_bar;
end
//测试图形输出
always @(posedge I_tpg_clk)begin
case(dis_mode[10:7])//截取高位，控制切换显示速度
4'd0:begin
r_reg <= 0;
b_reg <= 0;
g_reg <= 0;
end
4'd1:begin
r_reg <= 8'b11111111; //白
g_reg <= 8'b11111111;
b_reg <= 8'b11111111;
end
4'd2,4'd3:begin//连续两个状态输出相同图形
r_reg <= 8'b11111111; //红
g_reg <= 0;
b_reg <= 0;
end
4'd4,4'd5:begin//连续两个状态输出相同图形
r_reg <= 0; //绿
g_reg <= 8'b11111111;
b_reg <= 0;
end
4'd6:begin
r_reg <= 0; //蓝
g_reg <= 0;
b_reg <= 8'b11111111;
end
4'd7,4'd8:begin //连续两个状态输出相同图形
r_reg <= grid_data; //方格
g_reg <= grid_data;
b_reg <= grid_data;
end
4'd9:begin
r_reg <= h_cnt[7:0]; //水平渐变
g_reg <= h_cnt[7:0];
b_reg <= h_cnt[7:0];
end
4'd10,4'd11:begin //连续两个状态输出相同图形
r_reg <= v_cnt[7:0]; //垂直渐变
g_reg <= v_cnt[7:0];
b_reg <= v_cnt[7:0];
end
4'd12:begin
r_reg <= v_cnt[7:0]; //红垂直渐变
g_reg <= 0;
b_reg <= 0;
end
4'd13:begin
r_reg <= 0; //绿垂直渐变
g_reg <= h_cnt[7:0];
b_reg <= 0;
end
4'd14:begin
r_reg <= 0; //蓝垂直渐变
g_reg <= 0;
b_reg <= h_cnt[7:0];
end
4'd15:begin
r_reg <= color_bar[23:16]; //彩条
g_reg <= color_bar[15:8];
b_reg <= color_bar[7:0];
end
endcase
end
assign O_tpg_data = {r_reg,g_reg,b_reg};//测试图形RGB数据输出
assign O_tpg_vs = I_tpg_vs; //VS同步信号
assign O_tpg_hs = I_tpg_hs; //HS同步信号
assign O_tpg_de = I_tpg_de; //DE数据有效信号
endmodule4 RTL仿真
4.1仿真激励文件
/*************视频测试仿真文件****************************************
*********************************************************************/
`timescale 1ns / 1ns//仿真时间刻度/精度
module video_test_tb;
localparam SYS_TIME = 10;//系统时钟周期10ns
reg I_vid_rstn,I_vid_sysclk_p,I_vid_sysclk_n;
wire O_vid_vs,O_vid_hs,O_vid_de;
wire [7:0]O_rgb_r,O_rgb_g,O_rgb_b;
//例化video_test
video_test video_test_inst
(
.I_vid_sysclk_p(I_vid_sysclk_p),
.I_vid_sysclk_n(I_vid_sysclk_n),
.I_vid_rstn(I_vid_rstn),
.O_vid_vs(O_vid_vs),
.O_vid_hs(O_vid_hs),
.O_vid_de(O_vid_de),
.O_rgb_r(O_rgb_r),
.O_rgb_g(O_rgb_g),
.O_rgb_b(O_rgb_b)
);
//初始化
initial begin
I_vid_sysclk_p = 1'b0;
I_vid_sysclk_n = 1'b1;
I_vid_rstn = 1'b0;
#100;//产生100ns的系统复位
I_vid_rstn = 1'b1;//复位完成
end
//产生仿真时钟
always #(SYS_TIME/2) I_vid_sysclk_p= ~I_vid_sysclk_p;
always #(SYS_TIME/2) I_vid_sysclk_n= ~I_vid_sysclk_n;
endmodule为简化仿真，这里模拟的视频格式为320*5 即一行的有效数据为350个像素，一帧数据有5行像素数据。
4.2仿真结果
