1、目標(biāo)

 

使用 SD NAND數(shù)據(jù)讀寫控制器讀取事先存儲(chǔ)在 SD NAND的圖片數(shù)據(jù)，將讀取的圖片數(shù)據(jù)通過SDRAM 數(shù)據(jù)讀寫控制器暫存在 SDRAM 芯片中，通過 VGA 顯示器將暫存在 SDRAM 的圖片顯示出來。 SD 卡內(nèi)存儲(chǔ)兩張圖片，其交替顯示在 VGA 顯示器上，分辨率為 640*480。

 

 

SD NAND在SD2.0版本協(xié)議下，SPI模式的理論最大傳輸速率為50Mbps，加上命令號(hào)以及等待返回響應(yīng)信號(hào)的時(shí)間，實(shí)際上的傳輸速率還會(huì)下降。對(duì)于采用分辨率為640*480@60Hz 的顯示器來說，一幅圖像的數(shù)據(jù)量達(dá)到640*480*16bit = 4915200bit = 4800Kbit（1Kbit=1024bit）， 每秒鐘刷新60次，那么每秒鐘需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量達(dá)到4800Kbit*60 = 288000Kbit =281.25Mbit （1Mbit=1024Kbit）。由此可以看出，SD卡的讀寫速度完全跟不上VGA的數(shù)據(jù)發(fā)送速度，因此必須先緩存一幅圖像到內(nèi)部或外部存儲(chǔ)器，再通過VGA接口顯示。FPGA的片內(nèi)存儲(chǔ)資源較少，對(duì)于緩存如此大量的數(shù)據(jù)，只能使用SDRAM或DDR3緩存數(shù)據(jù)。

 

2、圖片的預(yù)處理

首先選取要顯示的圖片兩張，使用 Window 系統(tǒng)自帶的畫圖工具對(duì)圖片進(jìn)行處理，將圖片處理為分辨率 640*480。

 

VGA的顯示格式為16位RGB565格式，為了使SD NAND讀出的數(shù)據(jù)可以直接在VGA上顯示，需要將圖片通過 “ IMG2LCD ” 上位機(jī)軟件轉(zhuǎn)成16位的RGB565格式的bin文件，再將bin文件導(dǎo)入SD NAND中。

 

使用 “ IMG2LCD ” 上位機(jī)軟件打開兩張圖片，按如下設(shè)置相關(guān)參數(shù)，然后點(diǎn)擊保存，就生成了兩個(gè)圖片的二進(jìn)制文件（像素值）。

 

 

 

3、SD NAND的預(yù)處理

 SD NAND在經(jīng)過多次存放數(shù)據(jù)與刪除數(shù)據(jù)之后，存入的文件有可能不是按照連續(xù)的扇區(qū)地址存儲(chǔ)的，為了避免圖片顯示錯(cuò)誤，我們將bin文件導(dǎo)入SD NAND之前，需要對(duì)SD NAND進(jìn)行一個(gè)格式化處理。

 

首先得找個(gè)讀卡器，再把所用到的SD NAND開發(fā)板插到讀卡器上邊，通過USB接口與PC建立鏈接。

 

 

本次實(shí)驗(yàn)我依然選用的是深圳雷龍公司的一款SD NAND產(chǎn)品----CSNP32GCR01-AOW。 可以看到這款SD NAND開發(fā)板設(shè)計(jì)得很巧妙，把對(duì)外接口設(shè)計(jì)成了通用的micro接口，兼容性非常強(qiáng)，不管是插讀卡器還是直接插FPGA開發(fā)板，都是即插即用，十分方便。

 

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接著說回來對(duì)SD NAND的初始化處理。插上讀卡器后，選擇對(duì)應(yīng)的磁盤，點(diǎn)擊“格式化”，并點(diǎn)擊“開始”

 

 

格式化完成后，將前面生成的兩張圖片對(duì)應(yīng)的bin文件存入對(duì)應(yīng)的SD NAND磁盤中：

 

  

SD NAND內(nèi)部的存儲(chǔ)資源是以扇區(qū)的形式進(jìn)行劃分的，為了將圖片的bin數(shù)據(jù)從SD NAND中讀取出來，我們需要找到圖片存儲(chǔ)對(duì)應(yīng)的扇區(qū)地址。扇區(qū)地址可以用“WinHex 軟件”來查看。

 

以管理員身份運(yùn)行軟件 WinHex 軟件，點(diǎn)擊“工具 ”，然后點(diǎn)擊“打開磁盤”：

 

 

雙擊打開對(duì)應(yīng)的SD NAND，記錄下兩個(gè) bin文件的第一扇區(qū)地址：

 

 此時(shí)查詢到的扇區(qū)地址就是bin文件存放的起始扇區(qū)地址，我們只需要按照這個(gè)起始扇區(qū)地址，按順序讀出SD NAND中的數(shù)據(jù)即可，直到讀完一張圖片中的所有數(shù)據(jù)。SD NAND中一個(gè)扇區(qū)存放512個(gè)字節(jié)，也就是256個(gè)16位數(shù)據(jù)，對(duì)于分辨率為640*480的圖片來說，共需要讀出1200（640*480/256）個(gè)扇區(qū)數(shù)據(jù)。

 

4、FPGA實(shí)現(xiàn)

       

先說下總體思路：

· SD NAND中存有兩幅圖片，一副為雷龍公司的官網(wǎng)截圖，另一幅則是本博客的頭像

· FPGA從SD NAND中讀取這兩幅圖片的像素信息，并緩存到SDRAM中

· 將SDRAM中的數(shù)據(jù)（兩幅圖片的像素信息）通過VGA接口顯示在顯示器上 

   根據(jù)這個(gè)思路，可以對(duì)應(yīng)的畫對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)框圖：

 

FPGA頂層模塊例化了以下五個(gè)模塊：PLL時(shí)鐘模塊、SD NAND讀取圖片控制模塊、SD NAND控制器模塊、SDRAM控制器模塊和VGA驅(qū)動(dòng)模塊。 

 

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4.1、詳細(xì)設(shè)計(jì)

 

（1） 頂層模塊

頂層模塊：頂層模塊主要完成對(duì)其余各模塊的例化，實(shí)現(xiàn)各模塊之間的數(shù)據(jù)交互。需要注意的是，系統(tǒng)初始化完成是在SD NAND以及SDRAM都初始化完成后才開始拉高的，該信號(hào)控制著SD NAND讀取圖片控制模塊的復(fù)位信號(hào)，因此SD NAND讀取圖片控制模塊是在系統(tǒng)初始化完成后才工作的，防止因SD NAND或者SDRAM初始化未完成導(dǎo)致數(shù)據(jù)錯(cuò)誤。

 

（2） PLL時(shí)鐘模塊

PLL時(shí)鐘模塊：PLL時(shí)鐘模塊通過調(diào)用鎖相環(huán)（PLL）IP核實(shí)現(xiàn)，總共輸出五個(gè)時(shí)鐘，頻率分別為100Mhz、100Mhz（相位偏移-180度）、50Mhz、50Mhz（相位偏移180度）和25Mhz。 兩個(gè)100Mhz的時(shí)鐘用于為SDRAM控制器模塊提供驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘；兩個(gè)50Mhz的時(shí)鐘用于為SD NAND控制器模塊提供驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘；25Mhz用于為VGA驅(qū)動(dòng)模塊提供驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘。

 

（3） SD NAND讀取圖片控制模塊

SD NAND讀取圖片控制模塊：SD NAND讀取圖片控制模塊通過控制SD NAND控制器的讀接口，從SD NAND中讀取圖像數(shù)據(jù)，并在讀完一張圖片后延時(shí)一段時(shí)間，再去讀取另一張圖片數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)兩張圖片的循環(huán)切換讀取。

 

 

（4）SD NAND控制器模塊

SD NAND控制器模塊：SD NAND控制器模塊負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)SD NAND，該模塊將SD NAND的讀寫操作封裝成方便用戶使用的接口。關(guān)于SD NAND讀寫控制器模塊在上一篇文章中已經(jīng)詳細(xì)說明了，可參考： 基于FPGA的SD卡的數(shù)據(jù)讀寫實(shí)現(xiàn)（SD NAND FLASH）

 

（5）SDRAM讀寫控制模塊

SDRAM讀寫控制模塊：SDRAM讀寫控制器模塊負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)SDRAM存儲(chǔ)器，緩存圖像數(shù)據(jù)。該模塊將SDRAM復(fù)雜的讀寫操作封裝成類似FIFO的用戶接口， 非常方便用戶的使用。關(guān)于此部分，有詳盡的系列文章供參考：相信我，SDRAM真的不難----匯總篇

 

（6）VGA驅(qū)動(dòng)模塊

 VGA驅(qū)動(dòng)模塊根據(jù)VGA時(shí)序參數(shù)輸出行、場(chǎng)同步信號(hào)；同時(shí)它還要輸出數(shù)據(jù)請(qǐng)求信號(hào)用于讀取SDRAM中的圖片數(shù)據(jù)，并將圖片通過VGA接口在顯示器上顯示。關(guān)于此部分，有詳盡的文章供參考：如何用VGA接口乳法？

 

4.2、仿真

        一般的測(cè)試中，我們都需要先進(jìn)行仿真來觀察時(shí)序等測(cè)試行為。此次實(shí)驗(yàn)由于找不到好的SD NAND的Verilog模型，所以仿真測(cè)試略。

4.3、實(shí)驗(yàn)結(jié)果

        編譯工程，把程序下載到FPGA開發(fā)板，通過VGA接口連接VGA線到顯示器，如下：

 

接著觀察顯示器是否會(huì)交替顯示我們事先保存的兩幅圖片。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象果然與預(yù)期一致：

  

 

 

  

好啦，本次實(shí)驗(yàn)就做完啦。如果屏幕前的你也有存儲(chǔ)產(chǎn)品方面的需求的話，你都可以試試?yán)埞镜腟D NAND產(chǎn)品哦。

 

這是一家專業(yè)做存儲(chǔ)產(chǎn)品的公司，NAND Flash是其主要產(chǎn)品。 該公司專注NAND Flash設(shè)計(jì)研發(fā)13年，在這一塊可以說是相當(dāng)專業(yè)。如果你對(duì)NAND Flash仍有疑惑的問題，或者你想在你的設(shè)計(jì)中使用NAND Flash產(chǎn)品，都可以直接聯(lián)系我們

 

 

 

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