1、目標

 

使用 SD NAND數據讀寫控制器讀取事先存儲在 SD NAND的圖片數據，將讀取的圖片數據通過SDRAM 數據讀寫控制器暫存在 SDRAM 芯片中，通過 VGA 顯示器將暫存在 SDRAM 的圖片顯示出來。 SD 卡內存儲兩張圖片，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，加上命令號以及等待返回響應信號的時間，實際上的傳輸速率還會下降。對于采用分辨率為640*480@60Hz 的顯示器來說，一幅圖像的數據量達到640*480*16bit = 4915200bit = 4800Kbit（1Kbit=1024bit）， 每秒鐘刷新60次，那么每秒鐘需要傳輸的數據量達到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的數據發(fā)送速度，因此必須先緩存一幅圖像到內部或外部存儲器，再通過VGA接口顯示。FPGA的片內存儲資源較少，對于緩存如此大量的數據，只能使用SDRAM或DDR3緩存數據。

 

2、圖片的預處理

首先選取要顯示的圖片兩張，使用 Window 系統(tǒng)自帶的畫圖工具對圖片進行處理，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讀出的數據可以直接在VGA上顯示，需要將圖片通過 “ IMG2LCD ” 上位機軟件轉成16位的RGB565格式的bin文件，再將bin文件導入SD NAND中。

 

使用 “ IMG2LCD ” 上位機軟件打開兩張圖片，按如下設置相關參數，然后點擊保存，就生成了兩個圖片的二進制文件（像素值）。

 

 

 

3、SD NAND的預處理

 SD NAND在經過多次存放數據與刪除數據之后，存入的文件有可能不是按照連續(xù)的扇區(qū)地址存儲的，為了避免圖片顯示錯誤，我們將bin文件導入SD NAND之前，需要對SD NAND進行一個格式化處理。

 

首先得找個讀卡器，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。

 

 

本次實驗我依然選用的是深圳雷龍公司的一款SD NAND產品----CSNP32GCR01-AOW。 可以看到這款SD NAND開發(fā)板設計得很巧妙，把對外接口設計成了通用的micro接口，兼容性非常強，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SD NAND的初始化處理。插上讀卡器后，選擇對應的磁盤，點擊“格式化”，并點擊“開始”

 

 

格式化完成后，將前面生成的兩張圖片對應的bin文件存入對應的SD NAND磁盤中：

 

  

SD NAND內部的存儲資源是以扇區(qū)的形式進行劃分的，為了將圖片的bin數據從SD NAND中讀取出來，我們需要找到圖片存儲對應的扇區(qū)地址。扇區(qū)地址可以用“WinHex 軟件”來查看。

 

以管理員身份運行軟件 WinHex 軟件，點擊“工具 ”，然后點擊“打開磁盤”：

 

 

雙擊打開對應的SD NAND，記錄下兩個 bin文件的第一扇區(qū)地址：

 

 此時查詢到的扇區(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起始扇區(qū)地址，按順序讀出SD NAND中的數據即可，直到讀完一張圖片中的所有數據。SD NAND中一個扇區(qū)存放512個字節(jié)，也就是256個16位數據，對于分辨率為640*480的圖片來說，共需要讀出1200（640*480/256）個扇區(qū)數據。

 

4、FPGA實現

       

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中的數據（兩幅圖片的像素信息）通過VGA接口顯示在顯示器上 

   根據這個思路，可以對應的畫對應的系統(tǒng)框圖：

 

FPGA頂層模塊例化了以下五個模塊：PLL時鐘模塊、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驅動模塊。 

 

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4.1、詳細設計

 

（1） 頂層模塊

頂層模塊：頂層模塊主要完成對其余各模塊的例化，實現各模塊之間的數據交互。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，該信號控制著SD NAND讀取圖片控制模塊的復位信號，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初始化未完成導致數據錯誤。

 

（2） PLL時鐘模塊

PLL時鐘模塊：PLL時鐘模塊通過調用鎖相環(huán)（PLL）IP核實現，總共輸出五個時鐘，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100Mhz的時鐘用于為SDRAM控制器模塊提供驅動時鐘；兩個50Mhz的時鐘用于為SD NAND控制器模塊提供驅動時鐘；25Mhz用于為VGA驅動模塊提供驅動時鐘。

 

（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中讀取圖像數據，并在讀完一張圖片后延時一段時間，再去讀取另一張圖片數據，實現兩張圖片的循環(huán)切換讀取。

 

 

（4）SD NAND控制器模塊

SD NAND控制器模塊：SD NAND控制器模塊負責驅動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。關于SD NAND讀寫控制器模塊在上一篇文章中已經詳細說明了，可參考： 基于FPGA的SD卡的數據讀寫實現（SD NAND FLASH）

 

（5）SDRAM讀寫控制模塊

SDRAM讀寫控制模塊：SDRAM讀寫控制器模塊負責驅動SDRAM存儲器，緩存圖像數據。該模塊將SDRAM復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驅動模塊

 VGA驅動模塊根據VGA時序參數輸出行、場同步信號；同時它還要輸出數據請求信號用于讀取SDRAM中的圖片數據，并將圖片通過VGA接口在顯示器上顯示。關于此部分，有詳盡的文章供參考：如何用VGA接口乳法？

 

4.2、仿真

        一般的測試中，我們都需要先進行仿真來觀察時序等測試行為。此次實驗由于找不到好的SD NAND的Verilog模型，所以仿真測試略。

4.3、實驗結果

        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交替顯示我們事先保存的兩幅圖片。實驗現象果然與預期一致：

  

 

 

  

好啦，本次實驗就做完啦。如果屏幕前的你也有存儲產品方面的需求的話，你都可以試試雷龍公司的SD NAND產品哦。

 

這是一家專業(yè)做存儲產品的公司，NAND Flash是其主要產品。 該公司專注NAND Flash設計研發(fā)13年，在這一塊可以說是相當專業(yè)。如果你對NAND Flash仍有疑惑的問題，或者你想在你的設計中使用NAND Flash產品，都可以直接聯系我們

 

 

 

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