CN102306089B

CN102306089B - 用于计算机硬件实验的远程vga显示的方法

Info

Publication number: CN102306089B
Application number: CN 201110184762
Authority: CN
Inventors: 陈永强; 全成斌; 李山山; 赵有健; 陈飞
Original assignee: Tsinghua University
Current assignee: Tsinghua University
Priority date: 2011-07-04
Filing date: 2011-07-04
Publication date: 2013-09-04
Anticipated expiration: 2031-07-04
Also published as: CN102306089A

Abstract

本发明涉及计算机教学实验技术领域，公开了一种用于计算机硬件实验的远程VGA显示的装置及方法，该装置包括：依次连接的：实验FPGA、共享SRAM、控制FPGA、服务器和客户端，其中，所述实验FPGA用于获取进行VGA显示所需要的信息；所述控制FPGA用于读取实验FPGA发送给所述共享SRAM的数据；所述共享SRAM用于供所述实验FPGA和控制FPGA存取数据。还公开了一种利用上述装置进行远程VGA显示的方法。本发明将VGA信号中的信息分为两部分输出，其中一部分输出到共享的SRAM中去，然后让控制FPGA从共享SRAM中读出数据，将数据传送到远程客户端上，从而使远程实验平台能够显示实验FPGA输出的VGA信号。

Description

用于计算机硬件实验的远程VGA显示的方法

技术领域

本发明涉及计算机教学实验技术领域，具体涉及一种用于计算机硬件实验的远程VGA显示的装置及方法。

背景技术

远程统一实验平台有个很大的问题在于，实验者编写的硬件描叙语言形成了自己的硬件，但是如果有需要VGA输出的情况，远程统一实验平台没有办法接受实验FPGA输出的VGA信号。这给远程调试带来了很大的麻烦。在这种情况下，远程没有办法看到自己的VGA输出是否正确，或者，在有图形交互的情况下，比如下棋，输入密码等情况，就没有办法看到远程VGA上的情况。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：如何使得远程实验平台能够显示实验FPGA输出的VGA信号。

（二）技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供了一种利用用于计算机硬件实验的远程VGA显示的装置进行远程VGA显示的方法，所述装置包括依次连接的：实验FPGA、共享SRAM、控制FPGA、服务器和客户端，其中，所述实验FPGA用于获取进行VGA显示所需要的信息；所述控制FPGA用于读取实验FPGA发送给所述共享SRAM的数据；所述共享SRAM用于供所述实验FPGA和控制FPGA存取数据，所述方法，所述方法包括以下步骤：

S1、实验FPGA从VGA信号中获取进行VGA显示所需要的信息；

S2、实验FPGA将所述信息发送给本地VGA显示终端，以便显示相应的图像；

S3、实验FPGA将RGB值发送给共享SRAM，控制FPGA采集共享SRAM上的RGB值并对RGB值进行编址；

S4、服务器读取编址后的RGB值，并对该数据进行压缩编码；

S5、客户端从服务器读取到压缩编码后的数据，对该数据进行解压缩和解码；

S6、客户端将解析出来的数据发送到远程VGA显示终端上进行显示。

优选地，所述进行VGA显示所需要的信息包括RGB值、行同步信号和场同步信号，

优选地，步骤S3中，编址的方式为：将RGB值按顺序组成一个9位的数据，然后将该9位的数据按位存入所述共享SRAM的一个32位空间中的最后9位。

优选地，所述装置还包括与所述实验FPGA连接的本地VGA显示终端，以及与所述客户端连接的远程VGA显示终端。

（三）有益效果

本发明将VGA信号中的信息分为两部分输出，其中一部分输出到共享的SRAM中去，然后让控制FPGA从共享SRAM中读出数据，将数据传送到远程客户端上，从而使远程实验平台能够显示实验FPGA输出的VGA信号。

附图说明

图1是本发明的装置结构图；

图2是本发明的方法流程图；

图3示出了行扫描信号与同步信号的关系；

图4示出了共享SRAM中的数据存储格式；

图5是解析结果图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图1所示，本发明用于计算机硬件实验的远程VGA显示的装置，包括依次连接的：实验FPGA1、共享SRAM2、控制FPGA3、服务器4和客户端5，其中，所述实验FPGA用于获取进行VGA显示所需要的信息；所述控制FPGA用于读取实验FPGA发送给所述共享SRAM的数据；所述共享SRAM用于供所述实验FPGA和控制FPGA存取数据。

如图2所示，本发明的方法包括以下步骤：

S1、实验FPGA获取进行VGA显示所需要的信息（包括RGB值，行同步信号，场同步信号）

要实现VGA的远程显示，有两方面的事情，一是获取VGA显示所需要的行、场同步信息以及RGB值；二是对获得的这些数据进行处理，然后在本地显示出图像。VGA在显示时会持续不断的刷屏，以此来支持动态图像的显示，但是这样造成的后果是只要不掉电，那么不断刷屏产生的数据几乎无穷大，就造成了获取数据的难度。每刷新一次，就表示一组新的大量数据的产生，如果要完全实现VGA的显示，就必须不断地获取刷新后的数据，但是网络的传输速率以及客户端的数据处理是有限制的，如果在两次刷新的间隔时间内不能将数据全部取走，那么必然会造成实验数据的丢失，这样就不能实现VGA的显示。

通过CPLD/FPGA或其他器件对RGB信号，行、场同步信号等信号的控制，产生所需要的信号值，按照VGA的工业标准，将这些信号传递给VGA接口，即可在显示器上显示出相应的图像，至于VGA接口内部是怎么样实现的，不用考虑。标准的VGA（640×480，60Hz）接口需要提供以下几组信号：3个RGB模拟信号，行同步信号，场同步信号。我们发现当VGA显示所需要的行同步信号上升之后至少0.94us，下一行的数据才可以开始发送。其中，像素数据占用一个周期31.77us中的25.17us，在剩余的6.6us中，像素信息保持为0。

在640×480的标准VGA接口中，每行的像素点不是640个，而是800个，其中多余的160个是行消隐区。如图3所示，行扫描信号每行有一个负脉冲，对应的就是消隐区。640个像素点在25.17us时间内被发送到显示器。在发送完像素信息之后，行同步信号至少经过0.94us后才能变低，然后保持低电平3.77us。

S2、实验FPGA将RGB值与行、场同步信号发送给本地VGA显示终端，以便显示相应的图像

为了测试远程显示的结果与本地显示是否相同，在硬件端，在将数据写入SRAM的同时将数据传给本地VGA显示终端，使得本地能够在显示器上显示出图像。要完成VGA的本地显示是很简单的，只须将行（hs）、场（vs）同步信息以及R、G、B输出值绑定到相应的管脚，即可保证本地的图像显示。在本地用显示器显示图像的时候，实验者按照VGA标准所要求的时序关系（如下表1所示），生成字符坐标点位置，然后针对不同坐标点给出相应的RGB值，将RGB信号与行、场同步信号传给VGA接口，就可以显示出相应的图像了。在远程显示的时候，情况比较复杂，需要考虑的因素众多，所以不能完全按照本地显示的情况来做。需要确定获取哪些数据，在本地显示时，需要获得RGB值，行、场同步信号，在远程显示的时候，要形成图像，RGB值是不可缺少的，因此RGB值是必须获取。行、场同步信号的作用是约定有效显示区的RGB值发送给显示器的时间，也就是将除了行消隐区外的RGB值传递给显示器，那么在远程显示的时候必须对行、场同步信号进行模拟，以此来消除消隐区的RGB值，很显然，这样做不仅增大了获取的数据量，还造成了客户端处理的难度。因此需要想办法在不获取行、场同步信号的情况下得到有效显示区的RGB值。所以只需要确定有效的RGB值就可以了，并把这些值传送给客户端就可以了。

表1

S3、实验FPGA将RGB值发送给共享SRAM，控制FPGA采集共享SRAM上的RGB值并对RGB值进行编址

通过检查现有的硬件连接软件发现，能够传递RGB值的函数就只有两个：读取寄存器函数和读取共享SRAM芯片函数。但是由于寄存器个数太少，存储的数据太少，因此唯一能用的就只有读取共享SRAM芯片，在硬件平台上有一个共享SRAM，拥有个地址，每个地址32位，即共享SRAM可以存储2MB的数据。因此，初步设想可以在硬件端将有效显示区的RGB值存在SRAM里面，客户端通过调用读取共享SRAM函数来获取这些数据，然后在本地进行处理，并显示出图像。因此，本步骤中选择将RGB值发送给共享SRAM。

在将数据写入共享SRAM时，必须约定好保存格式，当客户端调用读写共享SRAM函数获取到数据后，需要按照写入共享SRAM里面的格式对数据进行解析，然后才能获得真实有效的RGB值，解析之后就可以根据这些值画出相应的VGA图像。

将数据写入共享SRAM是本发明的关键。它的成败直接牵涉到后期客户端图像显示的成功与否。客户端需要获取的仅仅是有效显示区的RGB值，因此写入共享SRAM的就是这些数据。下面将对共享SRAM大小与RGB数据大小进行分析。

硬件平台的SRAM总共有个地址，每个地址32位（4个字节），因此，共享SRAM的大小为：219×4B=2097152B=2MB。而对于一个的标准VGA来说，每一个像素点的大小为一个字节（1B），所以每一帧的大小为：640×480B=307200B=300KB，但是根据VGA标准，它会不停的按照帧频率来刷新图像，帧频率是60Hz，也就是说每隔1/60s=0.0167s就会刷新一帧，产生300KB的数据，这也就意味着，刷新第7次的时候，产生的数据大小为：7×300KB=2100KB=2.05MB>2MB，造成SRAM溢出，所以不能正常显示VGA图像，而实际上，由于VGA是在不停歇的刷频，所以不管SRAM有多大，都不可能将所有的RGB值保存下来。

要传给VGA接口的R、G、B值都是3位的，总共9位，所以直接对RGB值进行编制时，将R、G、B按顺序组成一个9位的数据，按位存入一个所述共享SRAM地址的32位空间中的最后9位。例如，假设：R=101，G=110，B=011，则SRAM中对应地址的存储如图4所示。由于客户端在读取数据时，是读取一片连续的地址，而且为了解析数据方便，因此约定数据必须存放在一个接一个的连续地址中，不能间断的存储。当客户端读取数据后，可以按照这个约定来解析数据，最终得到R、G、B的原始值。

要往SRAM里写入数据，需要实现一个接口，通过这个接口来获取实验者的行、场同步信息和R、G、B值，在获取了RGB值之后，再实现将数据写入SRAM。

SRAM的写操作控制受多个信号共同控制，本实验平台中SRAM的OE、CE直接接地，直接由WE高与低来控制何时写入。初始状态，当时钟上升沿到来时，将WE拉低，赋给地址总线当前需写入的地址，并保持一定时间，然后给数据，并将拉高，将总线控制权交给SRAM，写入数据。此过程中需要控制好数据写入的时序。数据只能保持一个时钟周期，即当下一个时钟来临、状态转换时，数据就会丢失。因此数据只有在拉高的同时赋给数据线才能正常写入。

S4、服务器读取控制FPGA的数据（编址后的RGB值，也即VGA显示数据），对数据进行压缩编码

服务器读取到控制FPGA发送来的数据以后，对数据进行进一步的压缩编码以后供客户端读取。这里的压缩编码可以采用比较通用的现有方式。

S5、客户端从服务器读取到VGA显示数据以后，对数据进行解压缩，并且进行解码

数据的获取需要调用读写SRAM函数，该函数会将读取到的数据保存在一个byte数组中。只是在读取数据之前需要检查数据总线的状态，并设置数据总线状态为可读状态。在获取数据之后，下一步要做的就是对这个数组中的数据进行解析。由于获取的数据是保存在byte数组中，一个byte占1个字节，也就是8位，而SRAM中，一个地址的大小是32位，所以SRAM中一个地址的数据对应byte数组中的4个连续元素。根据前面的约定，R、G、B分别是三位，总共应该是9位。也就是说byte数组中保存一个SRAM地址数据的四个连续元素中表示低16位的两个元素才能完整的解析出R、G、B值。实验发现byte数组中连续四个元素中的前两个表示的是低16位，例如，设byte数组为data[length]，其中data[k]，data[k+1]，data[k+2]，data[k+3]表示的是一个SRAM地址中的数据，那么其中data[k]和data[k+1]的数据解析之后就是R、G、B的值，如图5所示。

由从图4可以看出，R、G、B值可以按照如下方式解析出来：

R=data[k+1]*27+((data[k]&0xc0)>>1)+31，可以看到R后面的数据是110（G）011（B），对应的10进制就是27。而data[k+1]本身是1。因此1*27得到了最高位的值，然后需要加上R的低两位的值01，那么就需要data[k]的值&去掉低位的，保留高位的，然后右移一位。就得到了R的低两位的数值。然后相加。

G=(data[k]<<2)&0xe0+31同样G的值需要左移两位然后去掉低位的值。

B=(data[k]<<5)&0xe0+31同样B的值需要左移5位然后去掉低位的值得到。

S6、将解析出来的数据直接发送到远程的VGA显示终端上进行显示，本实施例中，显示结果为数字3。

以上所述仅是本发明的实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种利用用于计算机硬件实验的远程VGA显示的装置进行远程VGA显示的方法，其特征在于，所述装置包括依次连接的：实验FPGA、共享SRAM、控制FPGA、服务器和客户端，其中，所述实验FPGA用于获取进行VGA显示所需要的信息；所述控制FPGA用于读取实验FPGA发送给所述共享SRAM的数据；所述共享SRAM用于供所述实验FPGA和控制FPGA存取数据，所述方法包括以下步骤：

S1、所述实验FPGA从VGA信号中获取进行VGA显示所需要的信息；

S2、所述实验FPGA将所述信息发送给本地VGA显示终端，以便显示相应的图像；

S3、所述实验FPGA将RGB值发送给所述共享SRAM，所述控制FPGA采集所述共享SRAM上的RGB值并对RGB值进行编址；

S4、所述服务器读取编址后的RGB值，并对该数据进行压缩编码；

S5、所述客户端从所述服务器读取到压缩编码后的数据，对该数据进行解压缩和解码；

S6、所述客户端将解析出来的数据发送到远程VGA显示终端上进行显示。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述进行VGA显示所需要的信息包括RGB值、行同步信号和场同步信号。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S3中，编址的方式为：将RGB值按顺序组成一个9位的数据，然后将该9位的数据按位存入一个所述共享SRAM地址的32位空间中的最后9位。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述装置还包括与所述实验FPGA连接的本地VGA显示终端，以及与所述客户端连接的远程VGA显示终端。