CN104299550B - 一种基于fpga的矢量字符发生器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于FPGA的矢量字符发生器，属于显示设备中符号生成技术领域。本发明通过在FPGA或者CPLD上架构矢量字符发生器，该矢量字符发生器采用间接式工作原理，模块化的设计，包括指令接收单元、指令译码单元、延时单元、偏转信号生成单元和辉亮信号生成单元，指令接收单元将接收到的笔划矢量数据通过数据线分别与延时单元、译码指令单元、偏转信号生成单元和辉亮信号生成单元的输入端相连，同时将笔划矢量数据经指令译码单元译码后通过控制线分别与延时单元、偏转信号生成单元和辉亮信号生成单元相连，以实现矢量字符的产生。本发明的矢量字符发生器具有较强的灵活度和扩展性。

Description

一种基于FPGA的矢量字符发生器

技术领域

本发明涉及一种基于FPGA的矢量字符发生器，属于显示设备中符号生成技术领域。

背景技术

平视显示器把需要显示的符号准确地投射到驾驶员的正前方视场中，使各种信息与真实的外景信息叠加在一起，而这些显示符号是由符号发生器生成的。符号发生器是整个字符输出的源头，它的性能决定了终端显示效果。而矢量发生器核IP又是整个符号发生器的心脏，它的架构和实现能力直接决定了整个符号发生器的性能。

目前的矢量发生器一种是采用直接式原理工作，一种是用分离电子元器件搭建的平台工作，直接式矢量发生器适用于短笔划（64像素的线段），书写一笔需要2的N次方个时钟个数，当书写脉冲个数小于8时，8个时钟写完，当大于8小于16时，需要16像素，间接式矢量发生器每个时钟步进1像素，有多少个时钟就有多少个像素点，间接式比直接式书写相同的笔划需要时间短，线段亮度均匀性更好，而基于间接式工作原理采用分离器件搭建的矢量字符发生器体积大、灵活度差。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于FPGA的矢量字符发生器，以提高笔划式符号发生器的灵活性和通用性。

本发明为解决上述技术问题而提供一种基于FPGA的矢量字符发生器，该矢量字符发生器逻辑架构基于FPGA或者CPLD硬件平台实现，采用间接式工作原理，包括指令接收单元、指令译码单元、延时单元、偏转信号生成单元和辉亮信号生成单元，指令接收单元用于接收笔划矢量数据，指令接收单元的输出端通过数据线分别与延时单元、译码指令单元、偏转信号生成单元和辉亮信号生成单元的输入端相连，指令接收单元经指令译码单元译码后通过控制线分别与延时单元、偏转信号生成单元和辉亮信号生成单元相连，所述的指令译码单元用于将指令接收单元接收的笔划矢量数据进行解析产生各指令执行脉冲。

所述的矢量字符发生器还包括时序控制单元和HUD忙处理单元，HUD忙处理单元接收CRT显示驱动电路生成的HUD忙信号，HUD忙处理单元的输出端与时序控制单元的输入端相连，时序控制单元的输出端与偏转信号生成单元相连，用于为HUD忙处理单元和偏转信号单元提供时序脉冲。

所述的偏转信号生成单元包括长边计数模块、二进制系数乘法器和X、Y坐标计数模块，所述的长边计数模块用于在矢量执行脉冲有效期间将矢量的长边值预置到长边计数器，所述的二进制系数乘法器用于将一笔矢量转化成需要书写的脉冲个数，所述的X、Y坐标计数模块用于根据输出矢量书写的当前坐标。

所述的辉亮信号生成单元用于辉亮信号的产生模块和辉亮延时模块，所述的辉亮延时模块包括整体后移和后沿扩展两部分，整体后移为将辉亮信号向后推移，后沿扩展为将辉亮信号的后沿向后推移，延长辉亮信号有效电平的宽度。

所述的矢量字符发生器还包括与辉亮生成单元控制连接的窗口控制单元和闭塞区控制单元，所述的窗口控制单元窗口坐标输入和坐标比较模块，用于控制辉亮信号将窗口外的所有笔划消隐，所述的闭塞区控制单元包括闭塞区坐标输入和坐标比较模块，用于控制辉亮信号将闭塞区内的所有笔划消隐。

本发明的有益效果是:本发明通过在FPGA或者CPLD上架构矢量字符发生器，该矢量字符发生器基于间接式原理，采用模块化的设计，包括指令接收单元、指令译码单元、延时单元、偏转信号生成单元和辉亮信号生成单元，指令接收单元将接收到的笔划矢量数据通过数据线分别与延时单元、译码指令单元、偏转信号生成单元和辉亮信号生成单元的输入端相连，同时将笔划矢量数据经指令译码单元译码后通过控制线分别与延时单元、偏转信号生成单元和辉亮信号生成单元相连，以实现矢量字符的产生。本发明的矢量字符发生器具有较强的灵活度和扩展性。

附图说明

图1是基本笔划矢量构成结构图；

图2是本发明基于FPGA的矢量发生器的架构图；

图3是本发明实施例中的FPGA的矢量发生器的架构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。

一个符号及完整的画面均是由若干笔划矢量构成，矢量发生器就是产生这些笔划矢量的单元。矢量发生器根据笔划矢量指令，按一定的点时钟连续输出一个笔划矢量的X、Y坐标数据及亮暗信息。如图1中矢量AB，其矢量指令表示为长边位移量和tgα，其中，在X和Y两个方向上位移量较大者为长边，矢量与长边的夹角为α，α≤45°。

本发明根据上述采用间接式原理的笔划矢量发生器为基础进行实施，如图2所示，矢量发生器核IP模块包括包括指令接收单元、指令译码单元、延时单元、偏转信号生成单元和辉亮信号生成单元，指令接收单元用于接收笔划矢量数据，指令接收单元的输出端通过数据线分别与延时单元、译码指令单元、偏转信号生成单元和辉亮信号生成单元的输入端相连，指令接收单元经指令译码单元译码后通过控制线分别与延时单元、偏转信号生成单元和辉亮信号生成单元相连。进一步的，为了提高矢量字符发生器笔划字符书写效率，矢量字符发生器还包括时序控制单元和HUD忙处理单元，HUD忙处理单元接收CRT显示驱动电路生成的HUD忙信号，HUD忙处理单元的输出端与时序控制单元的输入端相连，时序控制单元的输出端与偏转信号生成单元相连，用于为HUD忙处理单元和偏转信号单元提供时序脉冲。

实施例一

本实施例中的基于FPGA的矢量字符发生器架构如图3所示，包括指令接收单元、指令译码单元、延时单元、时序控制单元、HUD忙信号处理单元、长边计数单元、二进制系数乘法器、X、Y坐标计数单元、X、Y坐标输出单元、辉亮控制单元、窗口控制单元和闭塞区控制单元。

指令接收单元用于负责接收处理器送来的笔划矢量数据后经指令译码单元解析，指令接收单元由两级缓存组成，交互式与主处理器之间进行通信，以流水线格式进行数据传递。

指令译码单元用于负责解析指令格式，产生各种指令执行脉冲，产生的指令执行脉冲包括：置点、矢量、延时、辉亮延时、窗口左上角坐标、窗口右下角坐标、闭塞区左上角坐标、闭塞区右下角坐标、偷线行数、显示模式和画面结束。

延时单元用于置点后的延时，延时期间矢量发生器不做其它操作，延时计数器为11位减法计数器，一个延时周期为一个字符时钟周期。

时序控制单元为执行矢量书写的HUD忙处理单元、长边计数单元、二进制系数乘法器、X、Y坐标计数单元、X、Y坐标输出单元提供时序脉冲，各时序脉冲之间保持一定的同步关系。

HUD忙处理单元为了配合符号发生器置点操作结束后，后级的CRT显示驱动电路不能立即控制电子束到达指定的位置，而需要一定的延迟时间来设计的，其主要目的是既要置点到位，避免后续字符变形，又不浪费书写时间，使得符号发生器与显示驱动电路之间交互联系。

长边计数单元用于负责矢量执行脉冲低电平有效期间将矢量的长边值预置到长边计数器。长边计数器以计数时钟进行减计数，计数器每减1相当于书写一点。

二进制系数乘法器是矢量发生器的关键单元，它负责将一笔矢量转化成需要书写的脉冲个数，乘法器输入12位二进制比率系数L、K、J、I、H、G、F、E、D、C、B、A。其输出频率为f^out。

$f^{\mathrm{out}}=\frac{M\·f_{\mathrm{in}}}{128}$

式中M=L×2¹¹＋K×2¹⁰＋J×2⁹＋I×2⁸＋H×2⁷＋G×2⁶＋F×2⁵＋E×2⁴＋D×2³＋C×2²＋B×2¹＋A×2⁰

12位二进制比率系数的计算方法为tgα×4095。乘法器的输出脉冲即为短边的书写脉冲。

X、Y坐标计数单元为2个独立的11位双向计数器，根据矢量输出指令的bit值（“0”表示增，“1”表示减）来确定是加计数还是减计数。X、Y坐标计数器的输出值代表矢量书写的当前坐标，送往X、Y坐标输出单元10。

X、Y坐标输出单元为2个独立的11位锁存器，其作用是将2个11位的X、Y坐标数据同时锁存，以供后级D/A转换器稳定地转换。

辉亮控制单元包括辉亮信号的产生、辉亮延时及窗口、闭塞区的辉亮控制，辉亮信号的产生取决于矢量输出命令的bit和矢量使能信号Q。当Q为高电平，bit为“1”时，辉亮信号为“1”（对应笔划为亮笔划），否则为“0”（暗笔划或非书写时间）。

辉亮延时逻辑是为配合后级CRT显示驱动电路对X、Y偏转信号的慢速响应（相对于辉亮信号）而设计的，分整体后移和后沿扩展两部分功能。整体后移即将辉亮信号向后推移，后沿扩展即将辉亮信号的后沿（下降沿）向后推移，延长辉亮信号有效电平的宽度，通过多级延时逻辑可以自由编写延时时间。

窗口、闭塞区的辉亮控制逻辑取决于窗口、闭塞区控制单元输出的窗口、闭塞区开闭信号和坐标比较结果。当一个窗口开启后，其后跟随的所有笔划坐标落在窗口内的显示，坐标落在窗口外的消隐。当一个闭塞区开启后，其后跟随的所有字符坐标落在闭塞区内的消隐，坐标落在闭塞区外的显示。

窗口控制单元包括窗口坐标输入和坐标比较模块，坐标输入为双字指令：窗口左上角坐标、窗口右下角坐标以、窗口编号及开关信息。来自X、Y坐标计数单元的矢量X、Y坐标数据在窗口控制单元与开启的窗口坐标进行比较，输出消隐控制信号winp，“0”表示X、Y坐标在窗口内，“1”表示X、Y坐标在窗口外。winp及窗口开闭信息winc送往辉亮控制单元，控制辉亮信号将窗口外的所有笔划消隐。

闭塞区控制单元包括闭塞区坐标输入和坐标比较模块，坐标输入为双字指令：闭塞区左上角坐标、闭塞区右下角坐标、闭塞区编号及开关信息。来自X、Y坐标计数单元的矢量X、Y坐标数据在闭塞区控制单元与开启的闭塞区坐标进行比较，输出消隐控制信号cutp，“0”表示X、Y坐标在闭塞区内，“1”表示X、Y坐标在闭塞区外。cutp及闭塞区开闭信息cutc送往辉亮控制单元，控制辉亮信号将闭塞区内的所有笔划消隐。

Claims (4)

1.一种基于FPGA的矢量字符发生器，其特征在于，该矢量字符发生器逻辑架构基于FPGA或者CPLD硬件平台实现，采用间接式工作原理，包括指令接收单元、指令译码单元、延时单元、偏转信号生成单元和辉亮信号生成单元，指令接收单元用于接收笔划矢量数据，指令接收单元的输出端通过数据线分别与延时单元、指令译码单元、偏转信号生成单元和辉亮信号生成单元的输入端相连，指令接收单元经指令译码单元译码后通过控制线分别与延时单元、偏转信号生成单元和辉亮信号生成单元相连，所述的指令译码单元用于将指令接收单元接收的笔划矢量数据进行解析产生各指令执行脉冲；所述的辉亮信号生成单元用于辉亮信号的产生模块和辉亮延时模块，所述的辉亮延时模块包括整体后移和后沿扩展两部分，整体后移为将辉亮信号向后推移，后沿扩展为将辉亮信号的后沿向后推移，延长辉亮信号有效电平的宽度。

2.根据权利要求1所述的基于FPGA的矢量字符发生器，其特征在于，所述的矢量字符发生器还包括时序控制单元和HUD忙处理单元，HUD忙处理单元接收CRT显示驱动电路生成的HUD忙信号，HUD忙处理单元的输出端与时序控制单元的输入端相连，时序控制单元的输出端与偏转信号生成单元相连，用于为HUD忙处理单元和偏转信号单元提供时序脉冲。

3.根据权利要求2所述的基于FPGA的矢量字符发生器，其特征在于，所述的偏转信号生成单元包括长边计数模块、二进制系数乘法器和X、Y坐标计数模块，所述的长边计数模块用于在矢量执行脉冲有效期间将矢量的长边值预置到长边计数器，所述的二进制系数乘法器用于将一笔矢量转化成需要书写的脉冲个数，所述的X、Y坐标计数模块用于根据输出矢量书写的当前坐标。

4.根据权利要求1所述的基于FPGA的矢量字符发生器，其特征在于，所述的矢量字符发生器还包括与辉亮生成单元控制连接的窗口控制单元和闭塞区控制单元，所述的窗口控制单元窗口坐标输入和坐标比较模块，用于控制辉亮信号将窗口外的所有笔划消隐，所述的闭塞区控制单元包括闭塞区坐标输入和坐标比较模块，用于控制辉亮信号将闭塞区内的所有笔划消隐。