HDMI Adapter for MCU on FPGA — простейшая видеокарта с HDMI выходом на FPGA

HDMI Adapter for MCU on FPGA — это простейший видеоадаптер с HDMI выходом в разрешении 640×480, построенный на тайловой графике для экономии видеопамяти (всего 16 КБ). В основе адаптера лежит FPGA (например, Altera Cyclone IV EP4CE6 или Gowin Tang Nano 9k). Управление адаптером осуществляется через параллельную 8-битную шину от внешнего микроконтроллера (STM32, Arduino и др.).

Организация видеопамяти​

Весь экран разбит на плитки (тайлы, знакоместа) размером 8×8 пикселей: 60 строк × 80 знакомест = 4800 знакомест. Изображение цветное (палитра 16 цветов), но ограничено двумя цветами на знакоместо.


Примечание: Память номеров тайлов и атрибутов идёт непрерывно. Банки тайлов начинаются с небольшим промежутком для выравнивания. Одномоментно на экран проецируется только один банк тайлов.

Цвета и атрибуты​

• Старший полубайт атрибута (4 бита) — цвет символа.
• Младший полубайт атрибута (4 бита) — цвет фона знакоместа.
• Цвета берутся из палитры RGB888 (до 16 цветов, настраиваемых в проекте).
• Можно уменьшить количество бит атрибута фона (вплоть до 0), увеличив количество бит атрибута символа (до 256 цветов символов при фиксированном фоне).

Управление видеоконтроллером​

Используется параллельная 8-битная шина и управляющие сигналы:

• AD[7:0] — мультиплексированная шина адреса/данных.
• CMD[2:0] — номер команды.
• STROBE — стробирующий импульс (положительной полярности).

Команды CMD[2:0]:

• 000 — запись байта данных во временный регистр данных.
• 001 — запись младшего байта адреса во временный регистр адреса.
• 010 — запись старшего байта адреса во временный регистр адреса.
• 011 — запись данных в видеопамять по адресу из временного регистра адреса.
• 100 — выбор номера банка тайлов (1–3) из линии данных AD[1:0].

Инициализация​

При запуске FPGA видеопамять инициализируется:

• Номера тайлов — случайные байты.
• Атрибуты — фиксированные цвета (серебристый на белом фоне).
• Банк тайлов №1 — знакогенератор ASCII (первые 128 байт — латиница, вторые 128 — кириллица).
• Банки №2 и №3 — пустые, для пользовательских тайлов.

Проект для STM32​

Для управления адаптером автор использовал Black pill (STM32F411CEU) и написал демонстрационный проект с библиотекой для работы с адаптером (вывод текста, работа с тайлами). Проект поддерживает:

• Вывод текста с использованием знакогенератора.
• Конвертацию монохромных BMP-изображений (160×120) в тайловое представление (утилита в папке Software).

Перспективы​

В планах — добавление поддержки спрайтов (значительно усложнит проект, но будет интересно для саморазвития).

Версия для Gowin Tang Nano 9k​

Проект адаптирован для Gowin Tang Nano 9k (требуется замена кварцевого генератора на 50 МГц и небольшие доработки кода).

Файлы для загрузки​

Полезные ссылки проекта:​

• Репозиторий проекта — GitHub