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
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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
endmodule |
4 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 = 20;//系统时钟周期10ns
reg I_vid_rstn,I_vid_clk; 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_clk(I_vid_clk), .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_clk = 1'b0; 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_clk= ~I_vid_clk;
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
