VGA（Video Graphics Array）是IBM于1987年提出的一個使用模擬信號的電腦顯示標準，VGA早指的是顯示器640X480這種顯示模式，VGA的英文全稱是Video Graphic Array，也叫視頻圖形陣列。 　　  VGA 公插頭(通常位于顯示器側(cè))
   VGA技的應用還主要基于VGA顯示卡的計算機、筆記本等設(shè)備，而在一些既要求顯示彩色高分辨率圖像又沒有要使用計算機的設(shè)備上，VGA技的應用卻很到。本文對嵌入式VGA顯示的實現(xiàn)方法進行了研究。 　　基于這種設(shè)計方法的嵌入式VGA顯示系統(tǒng)，可以在不使用VGA顯示卡和計算機的情況下，實現(xiàn)VGA圖像的顯示和控制。系統(tǒng)具有成本低、結(jié)構(gòu)簡單、應用靈活的優(yōu)點，可廣泛應用于市、車站、飛機場等公共場所的廣告宣傳和提示信息顯示，也可應用于工廠車間生產(chǎn)過程中的操作信息顯示，還能以多媒體形式應用于日常生活。

  VGA顯示與VGA時序?qū)崿F(xiàn)
　　通用VGA顯示卡系統(tǒng)主要由控制電路、顯示緩存區(qū)和視頻BIOS程序三個部分組成?？刂齐娐啡鐖D1所示?？刂齐娐分饕瓿蓵r序發(fā)生、顯示緩沖區(qū)數(shù)據(jù)操作、主時鐘選擇和D／A轉(zhuǎn)換等功能；顯示緩沖區(qū)提供顯示數(shù)據(jù)緩存空間；視頻BIOS作為控制程序固化在顯示卡的ROM中。
 　　   
1 VGA時序分析
　　通過對VGA顯示卡基本工作原理的分析可知，要實現(xiàn)VGA顯示就要解決數(shù)據(jù)來源、數(shù)據(jù)存儲、時序?qū)崿F(xiàn)等問題，其中關(guān)鍵還是如何實現(xiàn)VGA時序。 VGA的標準參考顯示時序如圖2所示。行時序和幀時序都需要產(chǎn)生同步脈沖(Sync a)、顯示后沿(Back porch b)、顯示時序段(Display interval c)和顯示前沿(Front porch d)四個部分。　
　   
2 VGA時序?qū)崿F(xiàn)
　　先，根據(jù)刷新頻率確定主時鐘頻率，然后由主時鐘頻率和圖像分辨率計算出行總周期數(shù)，再把表1中給出的a、b、c、d各時序段的時間按照主計數(shù)脈沖源頻率折算成時鐘周期數(shù)。在CPLD中利用計數(shù)器和RS觸發(fā)器，以計算出的各時序段時鐘周期數(shù)為基準，產(chǎn)生不同寬度和周期的脈沖信號，再利用它們的邏輯組合構(gòu)成圖2中的a、b、c、d各時序段以及D／A轉(zhuǎn)換器的空白信號BLANK和同步信號SYNC。  VGA參考時序

3 讀SRAM地址的產(chǎn)生方法
　　主時鐘作為像素點計數(shù)脈沖信號，同時提供顯存SRAM的讀信號和D／A轉(zhuǎn)換時鐘，它所驅(qū)動的計數(shù)器的輸出端作為讀SRAM的低位地址。行同步信號作為行數(shù)計數(shù)脈沖信號，它所驅(qū)動的計數(shù)器的輸出端作為讀SRAM的高位地址。由于采用兩片SRAM，所以位地址作為SRAM的片選使用。由于信號經(jīng)過CPLD內(nèi)部邏輯器件時存在的時間延遲，在CPLD產(chǎn)生地址和讀信號讀取數(shù)據(jù)時，讀信號、地址信號和數(shù)據(jù)信號不能滿足SRAM讀數(shù)據(jù)的時序要求?？梢岳糜布娐穼ψx信號進行的時序調(diào)整，使各信號之間能夠滿足讀SRAM和為DAC輸入數(shù)據(jù)的時序要求。

4 數(shù)據(jù)寬度和格式
　　如果VGA顯示真彩MP圖像，則要R、G、B三個分量各8位，即24位表示一個像素值，很多情況下還采用32位表示一個像素值。為了節(jié)省顯存的存儲空間，可采用高彩色圖像，即每個像素值由16位表示，R、G、B三個分量分別使用5位、6位、5位，比真彩色圖像數(shù)據(jù)量減少一半，同時又能滿足顯示效果。

功能單元設(shè)計
　　實現(xiàn)VGA顯示，除了實現(xiàn)時序控制，還須有其他功能單元的支持才能實現(xiàn)完整的圖像顯示。
1 控制器

　　VGA顯示有多種模式，需要通過控制器實現(xiàn)模式間切換，還需要對顯示的內(nèi)容進行接收、處理和顯示。所以控制器的性能越高，數(shù)據(jù)更新和顯示效果就越好。
2 顯示數(shù)據(jù)緩存區(qū)

　　VGA顯示要求顯存速度快、容量大。讀速度要65MHz以上，存儲容量至少要2?？刹捎肧RAM或SDRAM作為顯示數(shù)據(jù)緩存。
3 數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC

　　VGA顯示對數(shù)模轉(zhuǎn)換DAC有如下要求：一是轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換的速度應該在80MHz或以上；二是同步性好，能 R、G、B三路信號的同步性；三是有相應的。可選擇一種包括3路8位D／A的視頻芯片。
4 數(shù)據(jù)源及其接口
　　要VGA顯示的效率，就要不斷更新數(shù)據(jù)，同時還要實時性，因此需要高的接口速度。VGA顯示卡雖可100ps的數(shù)據(jù)更新速度，但是一般設(shè)備、是嵌入式設(shè)備達不到這么高的速度，而且大多數(shù)情況下也不需要這么高的數(shù)據(jù)更新率。目前常用接口為EPP接口、U接口、 TCP／IP、RS232C／485等。其中TCP／IP、EPP接口和U接口是基于計算機的，速度較快；TCP／IP、RS232C／485是基于網(wǎng)絡(luò)通信的接口，其中RS485速度雖慢，但應用廣泛且容易實現(xiàn)遠程控制。 　　  VGA顯示硬件結(jié)構(gòu)框圖
在數(shù)據(jù)源為低速接口時，可以考慮采用 Flash或者存儲卡等預先存儲一些常用的圖像顯示數(shù)據(jù)和字庫文件，在更新數(shù)據(jù)時直接應用這些數(shù)據(jù)，從而加快顯示緩存的更新速度。這樣既能滿足高分辨率圖像的顯示，又能滿足文字信息數(shù)據(jù)的快速更新。剛時為了存儲更多的圖像，可以先存儲JPEG格式圖像，再由控制器解碼成BMP位圖圖像后送到顯示緩存顯示，這樣就相對擴展了Flash的存儲空間。同時，由于圖像的解碼速度要大大快于數(shù)據(jù)源接口的速度，也就相應了顯示緩存的數(shù)據(jù)更新速度。 　　由各功能單元組成的VGA顯示硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。
顯存數(shù)據(jù)更新與顯示的同步實現(xiàn)

　　在VGA顯示時，要考慮如何實現(xiàn)顯存數(shù)據(jù)更新與顯示的同步進行。解決的方案有以下幾種： 　　(1) 采用具有緩存作用的雙口RAM，這種方法使用的器件數(shù)量多、功耗大、成本高，基本不可取。 　　(2) 采用兩組SRAM進行乒乓工作模式，一組SRAM用于顯示的同時，另一組SRAM用于圖像數(shù)據(jù)的更新，然后在兩組SRAM之間切換。這樣做會一些成本，而且需要更復雜的總線控制。 　　(3) 利用FPGA／CPLD和SDRAM構(gòu)造雙口SRAM。這種方法實時性好，成本較低，時序控制比較復雜，它是 實現(xiàn)要求的方案。 　　(4) 采用一組SRAM作為顯存，可以簡化系統(tǒng)設(shè)計、降。這時可以考慮利用行時序和幀時序中SRAM總線空閑的時序段，在不關(guān)閉圖像顯示的情況下實現(xiàn)顯存SRAM的數(shù)據(jù)更新。該方法的更新率與數(shù)據(jù)寫速度密切相關(guān)，顯存的寫數(shù)據(jù)速度越快，該方法的更新率就越高。 　　假設(shè)CPU的工作時鐘為60MHz，并采用JPEG解碼更新方式。這時如果將解碼緩存區(qū)分配在CPU片內(nèi)內(nèi)存，則更新數(shù)據(jù)時直接由內(nèi)存向 SRAM寫數(shù)據(jù)，需要0.17μs；如果將解碼緩存區(qū)分配在片外空間，則更新數(shù)據(jù)時CPU要先從片外讀數(shù)據(jù)，再向SRAM寫數(shù)據(jù)，這樣寫需要 0.25μs。在相鄰顯示的兩幀圖像只存在局部差別或更新文本顯示信息時，可使用局部數(shù)據(jù)更新方法，以更新率。表2給出了顯示每幀圖像包含的總線空閑時間，以及在不同解碼緩存區(qū)分配方式下圖像更新和10％局部更新的幀率。這里提到的幀率是指對顯存數(shù)據(jù)的更新速度，而不是指圖像的屏幕刷新率，它對刷新率沒有影響。 　　   
嵌入式VGA顯示系統(tǒng)

　　基于以上方案設(shè)計的嵌入式VGA顯示系統(tǒng)在只有系統(tǒng)控制板和CRT顯示器的情況下實現(xiàn)了嵌入式高分辨率VGA顯示。 　　通過對嵌入式VGA顯示系統(tǒng)的設(shè)計分析和實際使用，得到如下結(jié)論： 　　(1) 由于VGA顯示是一個過程，所以選擇器件時要選擇器件。 　　(2) VGA顯示時序要求較嚴格，時序中的前后沿及同步脈沖寬度都要依照嚴格的參考數(shù)據(jù)設(shè)置。 　　(3) 在一般情況下，由于數(shù)據(jù)接口的限制，數(shù)據(jù)更新率不能計算機的水平。通過一些設(shè)計，還是能夠滿足大多數(shù)嵌入式VGA的需求。 　　(4) 性能、成本和復雜度要綜合考慮，要以系統(tǒng)的實際需求為目標，采用合理而實用的設(shè)計方案。
編輯本段內(nèi)存尋址

　　VGA所使用的視訊內(nèi)存，透過一個窗口對應于PC的主內(nèi)存，它們的真實位址為0xA000和0xC000之間的內(nèi)存。典型地來說位址的開始點是： 　　* 0xA000 使用于 EGA/VGA 圖型模式（4 KB） 　　* 0xB000 單色文字模式（2 KB） 　　* 0xB800 彩色文字模式和 CGA 相容模式（2 KB） 　　由于使用的區(qū)段皆不相同，在同一部機器上裝置一個單色顯卡（MDA）和另一個彩色顯卡（VGA、EGA或CGA）是不沖突的。在 1980 年代初，這種典型的搭配方式用于 Lotus 1-2-3 試算表上，一部高解析單色屏幕用來顯示文字，而另一部低解析的 CGA 屏幕用來顯示圖表。許多程式設(shè)計師也用這種配置來開發(fā)軟件，一部屏幕顯示 debug 細節(jié)，另一部屏幕則顯示真正的軟件運行畫面。許多商業(yè)的除錯軟件都支持這種配置，例如 Borland 的 Turbo De、由 Alan J. Cox 開發(fā)的 D86、微軟的 CodeView 等，Turbo De 和 CodeView 可以甚至可拿來 debug 微軟的 Windows 軟件。也有 DOS 驅(qū)動程式如ox.sys模擬一個終端機來接受 Windows 的 debug 訊息，而不用真正接上另一個終端機。在 DOS 底下使用“單色模式”指令，使其輸出轉(zhuǎn)向單色也是可能的。另外，假如電腦上并無單色顯卡，那么可以使用 EMM386.EXE 程序讓其他程式可以使用 B000-B7FF 這一段內(nèi)存。（于 config.sys 檔案中加入 "DEVICE=EMM386.EXE I=B000-B7FF"）

　　一個未被紀錄但十分廣泛使用的技稱作 Mode X（由 Michael Abrash 導入），使程式設(shè)計師能夠使用在 Mode 13h 之下無法做到的分辨率。他將 256 KiB 連續(xù)的視訊內(nèi)存“解開”并分成四個層次，因此在 256 色模式時 256 KB 的內(nèi)存都可以使用。技上這將使得處理變得更復雜，并且效能降低。但在一些情況下，效能損失的情況可以被彌補： 　　* 單色的多邊形填色增快，因為寫入可以設(shè)定四個像素。 　　* VGA 可以用來協(xié)助視訊內(nèi)存之間的拷貝，有些時候會比使用 8088 或 80286 等慢速 CPU 更快。 　　* 提供更高的分辨率：16 色可使用 704&tim;528、736&tim;552、768&tim;576、甚至 800&tim;600。諸如 Xlib（1990 年代早期的 C 圖形函式庫）和 ColoRIX（256 色的圖形程式）支援 256 色下的各種分辨率調(diào)和：直行 256、320 和 360 個像素，以及水平行 200、240、256、400 和 480 個像素的組合（上限的 640&tim;400 幾乎用掉 256 KiB 中每一個 byte）。不過，320&tim;240仍然是常被使用的，因它為典型的4:3比例，為方形像素。
 　　* multiple video pag 讓程序員能夠使用雙重緩沖（的 16 色模式都可），這在 Mode 13h 無法辦到。 　　有時候，顯示器須降低更新頻率來滿足這些模式，這會造成眼睛的疲勞這樣的低分辨率雖然在PC市場早已淡出，但在Pocket PC和PDA市場，它正逐漸成為標準。它也常被用來指稱15針的D型接頭，這種接頭仍然用來傳輸各式各樣分辨率的類比訊號。 　　曾經(jīng)IBM宣布VGA被XGA標準所取代，但在歷，它是被其他的OEM制造商使用的所謂SVGA標準取代了。

　　VGA中的A指的是“陣列（array）”而非“轉(zhuǎn)換器（adapter）”，因為它從一開始就被設(shè)計為一個單一的整合芯片，用來取代Motorola 6845和數(shù)十個離散的邏輯芯片組合而成的ISA母版，這種設(shè)計是之前的MDA、CGA和EGA所使用的。VGA的這個特性允許它輕易的殖入PC的主板之中，要額外的視訊內(nèi)存、振蕩器和一個RAMDAC，就具備顯示功能。IBM的PS/2電腦系列就是采用將VGA放置于主板上的設(shè)計。 　　VGA的規(guī)格表如下： 　　* 256 KiB 的 Video RAM 　　* 16 色和 256 色模式 　　* 總共 262144 種顏色的色版（紅、綠、藍三色各 6 bit，總共 (26)3 種） 　　* 選擇性的 25.2 MHz 或 28.3 MHz 處理頻率 　　* 多 720 個水平像素 　　* 多 480 條線 　　* 70 Hz 的更新頻率 　　* Vertical Blanking interrupt（不是卡都支持） 　　* 平面模式：多 16 色（4 bit 面板） 　　* Packed-pixel 模式：256 色(Mode 13h) 　　* 順暢卷動畫面的能力 　　* Some "Raster Ops" support 　　* Barrel shifter 　　* 支援分割畫面 　　VGA支援可單獨操控像素的APA（All Points Addrsable）模式，也支援字母與數(shù)字的文字模式。標準的圖形模式如下： 　　* 640&tim;480&tim;16色 　　* 640&tim;350&tim;16色 　　* 320&tim;200&tim;16色 　　* 320&tim;200&tim;256色（Mode 13h） 　　它也支援用模擬的方式畫出以往規(guī)格的分辨率：EGA、CGA和MDA。
編輯本段VGA文字模式

　　標準的VGA文字模式使用 80&tim;25 或 40&tim;25 個字母或數(shù)字組成的平面。每個字的塊狀區(qū)域可以選擇16種前景色和8種背景色；8種背景色來自bit容量較低的（以今天的標準來說，例如 ffffff 或者是 000000）。而字本身也可設(shè)定是否閃爍，而字的閃爍動作都是同時的。畫面的閃爍功能和選擇背景顏色的功能是可交換的，換句話說兩者只能擇一。以上這些選項和IBM先前生產(chǎn)的 CGA 轉(zhuǎn)換器是相同的。 　　VGA雖然支援黑白和彩色的文字模式，但黑白模式很少使用。大多的VGA在顯示黑白模式時使用彩色模式，即是將灰色字畫在黑色背景上。而使用VGA 的單色顯示器也能很好的支援這樣的彩色模式。現(xiàn)代顯示器和顯卡若連接不當，偶爾會導致顯卡的VGA部份偵測顯示器為單色的，而這將使BIOS開機顯示為黑白模式。通常在加載操作系統(tǒng)和適當?shù)尿?qū)動程式以后，顯卡的設(shè)定被覆蓋，顯示器就會變回彩色。 　　在彩色的文字模式中，每個字其實由兩個byte代表。較低的一個byte用來顯示字，而較高的byte就用來代表彩色、閃爍等等屬性。這種成對的byte模式是從CGA就一直傳續(xù)下來的。
編輯本段VGA色版

　　VGA的色彩系統(tǒng)可以向前相容于EGA和CGA轉(zhuǎn)換器，而它在其上又新增了一種設(shè)定。CGA可以顯示16種色彩，EGA則將其擴充成從64種顏版選出的16色模式（即紅綠藍各2 bits）。VGA則更將其擴充成256種顏版，但為了向前相容，只能選擇256種之中的64種（例如個64種顏色、第二個…）。所以一個。它們也不相容于較老舊的顯示器，將造成諸如 overscan、閃爍、垂直滾動、缺乏水平同步等等缺點。因為如此，多數(shù)的商業(yè)軟件使用的 VGA 調(diào)適都限制在顯示器的“界線”之下，例如 320&tim;400（雙倍分辨率，2 video pag）、320&tim;240（方形像素，3 video pag）和 360x480（的相容分辨率，1 video page）。
編輯本段VGA顯示標準

　　VGA（Video Graphics Array）是IBM于1987年提出的一個使用模擬信號的電腦顯示標準，這個標準已對于現(xiàn)今的個人電腦市場已經(jīng)十分過時。即使如此，VGA仍然是多制造商所共同支持的一個低標準，個人電腦在加載自己的驅(qū)動程式之前，都須支持VGA的標準。例如，微軟Windows系列產(chǎn)品的開機畫面仍然使用VGA顯示模式，這也說明其分辨率和載色數(shù)的不足。 　　VGA這個語常常不論其圖形裝置，而直接用于指稱640&tim;480的分辨率。VGA裝置可以同時儲存4個完整的EGA色版，并且它們之間可以快速轉(zhuǎn)換，在畫面上看起來就像是即時的變色。 　　除了擴充為256色的EGA式色版，這256種色彩其實可以透過 VGA DAC（Dial-to-og converter），任意的指定為任何一種顏色。這就程度上改變了原本EGA的色版規(guī)則，因為原本在EGA上，這只是一個讓程式可以在每個頻道（即紅綠藍）在2 bit以下選擇多種顏色的方式。但在VGA下它只是簡單的64種顏色一組的表格，每一種都可以單獨改變——例如EGA顏色的兩個bit代表紅色的數(shù)量，在VGA中就不如此了。 　　VGA在指定色版顏色時，一個顏色頻道有6個bit，紅、綠、藍各有64種不同的變化，因此總共有 262,144 種顏色。在這其中的任何 256 種顏色可以被選為色版顏色（而這 256 種的任何 16 種可以用來顯示 CGA 模式的色彩）。 　　這個方法終仍然使了VGA模式在顯示EGA和CGA模式時，能夠使用的色彩，因為VGA是使用模擬的方式來繪出EGA和CGA畫面。提供一個色版轉(zhuǎn)換的例子：要把文字模式的字顏色設(shè)定為暗紅色，暗紅色就須是 CGA 16 色中的一種顏色（譬如說，取代 CGA 默認的 7 號灰色），這個 7 號位置將被指定為 EGA 色版中的 42 號，然后 VGA DAC 將 EGA #42 指定為暗紅色。則畫面上的原本的 CGA 七號灰色，都會變成暗紅色。這個技巧在 256 色的 VGA DOS 游戲中，常常被用來表示加載游戲的淡入淡出畫面。 　　總結(jié)來說，CGA 和 EGA 同時只能顯示 16 種色彩，而 VGA 因為使用了 Mode 13h 而可以顯示 256 色版中的色彩，而這 256 種顏色又是從 262,144 種顏色中挑出的。

　　VGA早指的是顯示器640X480這種顯示模式，VGA的英文全稱是Video Graphic Array，也叫顯示繪圖陣列。VGA支持在640X480的較高分辨率下同時顯示16種色彩或256種灰度，同時在320X240分辨率下可以同時顯示256種顏色。 　　在VGA基礎(chǔ)上加以擴充，使其支持更高分辨率如800X600或1024X768，這些擴充的模式就稱之為VA(Video Electronics Standards Association，視頻電子標準協(xié)會)的Super VGA模式，簡稱SVGA，現(xiàn)在的顯卡和顯示器都支持SVGA模式VGA接口就是顯卡上輸出模擬信號的接口，也叫D-Sub接口，傳輸紅、綠、藍模擬信號以及同步信號(水平和垂直信號)。

編輯本段VGA接口
　　  VGA接口15pin 連接方式
VGA接口：VGA(Video Graphics Array)還有一個名稱叫D-Sub。 　　VGA，Video Graphics Array，/D-Sub接口;VGA接口是一種D型接口,采用非對稱分布的15pin 連接方式，共有15針，分成3排，每排5個孔。 　　VGA接口共有15針，分成3排，每排5個孔，是顯卡上應用為廣泛的接口類型，大多數(shù)顯卡都帶有此種接口。它傳輸紅、綠、藍模擬信號以及同步信號(水平和垂直信號)。
 　　一般在VGA接頭上，會1，5，6，10，11，15等標明每個接口編號。如果沒有，如上圖所示編號。 　　VGA接口15根針，其對應接口定義如下： 　　1.紅基色 red 　　2.綠基色 green 　　3.藍基色 blue 　　4.地址碼 ID Bit（也有部分是R，或者為ID2顯示器標示位2） 　　5.自測試 ( 各家定義不同 )（一般為GND） 　　6.紅地 　　7.綠地 　　8.藍地 　　9.保留 ( 各家定義不同 )（KEY··我也不是很理解） 　　10. 數(shù)字地 　　11.地址碼（ID0顯示器標示位0） 　　12.地址碼（ID1顯示器標示位1） 　　13.行同步 　　14.場同步 　　15.地址碼 ( ID3或顯示器標示位3 )  VGA接口管腳定義

VGA接口是顯卡上應用為廣泛的接口類型，大多數(shù)的顯卡都帶有此種接口。工作原理，是計算機內(nèi)部以數(shù)字方式生成的顯示圖像信息，被顯卡中的數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)變?yōu)镽、G、B三原色信號和行、場同步信號，信號通過電纜傳輸?shù)斤@示設(shè)備中。對于模擬顯示設(shè)備，如模擬CRT顯示器，信號被直接送到相應的處理電路，驅(qū)動控制顯像管生成圖像。而對于LCD、DLP等數(shù)字顯示設(shè)備，顯示設(shè)備中需配置相應的A/D(模擬/數(shù)字)轉(zhuǎn)換器，將模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號,在經(jīng)過D/A和A/D2次轉(zhuǎn)換后，不可避免地造成了一些圖像細節(jié)的損失。使用VGA連接設(shè)備，線纜長度不要過10米，而且要注意接頭是否安裝牢固，否則可能引起圖像中出現(xiàn)虛影。
編輯本段VGA數(shù)據(jù)線
　　VGA數(shù)據(jù)線是用來連接電視的VGA接口和顯卡的VGA接口的線纜。 　　VGA數(shù)據(jù)線是用來連接VGA接口設(shè)備的線纜，長度有1.5米，3米，到100多米不等，因為它所采用的線材比較粗象電纜一樣因此幾十米上百米也不會出現(xiàn)明顯的信號減退現(xiàn)象，不過相對于HDMI線就沒那么清晰。
編輯本段VGA接口相關(guān)產(chǎn)品
　　VGA矩陣，VGA分配器，VGA切換器,RGBHV矩陣。RGBHV矩陣切換器，VGA顯示器、VGA采集卡