何鑫　傅自鋼　胡峰濤

摘要：市場(chǎng)上的主流顯示屏的綜合素質(zhì)的好壞與A4rl的視覺(jué)體驗(yàn)密切相關(guān)，而基于FPGA的多分辨屏幕測(cè)試卡則能夠幫助人們合理有效的判斷顯示屏的好壞。該測(cè)試卡主要設(shè)計(jì)了主控模塊、Hash讀寫(xiě)控制模塊、測(cè)試圖像生成模塊和動(dòng)態(tài)時(shí)鐘發(fā)生模塊，同時(shí)還采用了邏輯圖像生成技術(shù)和多分辨率自動(dòng)匹配技術(shù)。各模塊之間依靠信號(hào)傳遞、參數(shù)讀取實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)工作，并加以時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)不同分辨率的測(cè)試圖像的生成、輪流切換、暫停，以及自動(dòng)模式和手動(dòng)模式的流暢轉(zhuǎn)換，達(dá)到對(duì)待測(cè)顯示屏進(jìn)行綜合評(píng)估的目的。

關(guān)鍵詞：FPGA；多分辨率；動(dòng)態(tài)時(shí)鐘；邏輯圖像生成；參數(shù)

中圖分類號(hào)：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2017）22-0203-02

1概述

在科技高度發(fā)達(dá)的今天，顯示屏的應(yīng)用已經(jīng)滲透到人們生活中的各個(gè)方面，一塊顯示屏的好壞將直接影響人們的視覺(jué)體驗(yàn)，而基于FPGA的多分辨率測(cè)試卡則是判斷顯示屏好壞的一項(xiàng)重要技術(shù)。用戶可通過(guò)應(yīng)用基于FPGA的多分辨率屏幕測(cè)試卡獲取一塊顯示屏的亮度、對(duì)比度、色純、聚焦、水波紋、抖動(dòng)、可讀性等技術(shù)參數(shù)并直接觀察顯示效果，從而對(duì)一塊顯示屏的好壞進(jìn)行綜合性的評(píng)估。

2設(shè)計(jì)概念和過(guò)程描述

2.1基本設(shè)計(jì)概念和處理流程

基于FPGA的多分辨率屏幕測(cè)試卡主要基于Altera CycloneⅣEP4CE55F23C8N型FPGA、64M FLASH芯片、和一片AD7123的數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片，并配有開(kāi)關(guān)等10個(gè)按鍵、1個(gè)LCD顯示屏，以及5V/3A的直流電源。系統(tǒng)通過(guò)對(duì)外部信號(hào)作出響應(yīng)完成顯示屏測(cè)試，其基本流程如下：將基于FPGA的多分辨率屏幕測(cè)試卡與待測(cè)顯示屏通過(guò)VGA接口連接起來(lái)，打開(kāi)產(chǎn)品和顯示屏的電源，默認(rèn)分辨率測(cè)試圖像便會(huì)自動(dòng)出現(xiàn)在屏幕上，按照一定的時(shí)間間距進(jìn)行圖片切換，一共8張圖片，切換完8張圖片后會(huì)重新從第一張圖片開(kāi)始。在此期間，用戶可以通過(guò)按鍵來(lái)選擇上一幅圖片，下一幅圖片或是暫停切換圖片，也可以通過(guò)按鍵進(jìn)行自動(dòng)模式和手動(dòng)模式的轉(zhuǎn)換。如果用戶發(fā)現(xiàn)當(dāng)前分辨率圖片不是顯示屏的最佳分辨率，即測(cè)試卡生成的圖像無(wú)法覆蓋到整個(gè)屏幕，用戶可以按分辨率切換鍵切換分辨率，切換完成后，測(cè)試圖片將重新從第1幅圖片開(kāi)始顯示。在切換分辨率時(shí)，若測(cè)試卡的LCD屏幕上給出提示“已達(dá)到最佳分辨率”，則說(shuō)明當(dāng)前分辨率已是最佳分辨率，不需要再進(jìn)行按鍵調(diào)整。

2.2模塊的劃分和相關(guān)技術(shù)的運(yùn)用

基于FPGA的多分辨率屏幕測(cè)試卡主要包括主控模塊、讀寫(xiě)模塊、Flash讀寫(xiě)控制模塊以及測(cè)試圖像生成模塊。在測(cè)試時(shí)，主控模塊的作用是調(diào)控測(cè)試圖像生成模塊、動(dòng)態(tài)時(shí)鐘發(fā)生模塊以及Flash讀寫(xiě)控制模塊使其協(xié)調(diào)工作，并接受外部按鍵信號(hào)傳給相應(yīng)模塊進(jìn)行處理。圖像測(cè)試模塊的作用是生成不同分辨率的測(cè)試圖像。動(dòng)態(tài)時(shí)鐘發(fā)生模塊則是對(duì)外部的分辨率切換信號(hào)進(jìn)行處理，生成相應(yīng)的時(shí)鐘。Flash讀寫(xiě)控制模塊則負(fù)責(zé)讀取存儲(chǔ)的動(dòng)態(tài)PLL配置信息和字模信息。下面圖1介紹的是模塊的劃分以及模塊之間的聯(lián)系：

2.2.1多分辨率匹配技術(shù)

為了對(duì)不同顯示器的不同分辨率進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試卡采用多分辨率匹配技術(shù)完成分辨率的轉(zhuǎn)換，主要由IP核讀取動(dòng)態(tài)PLL配置信息完成不同分辨率參數(shù)的讀取，圖2是分辨率調(diào)整的基本流程：

在測(cè)試卡完成初始化以后，主控模塊便開(kāi)始接收外部信號(hào)，當(dāng)主控模塊接收到外部按鍵傳來(lái)的分辨率切換信號(hào)時(shí)，主控模塊將控制Flash讀寫(xiě)模塊啟用IP核中的PLL模塊完成對(duì)Flash芯片中保存有不同分辨率配置信息的已經(jīng)預(yù)先寫(xiě)好的mif文件的讀取，并將之傳給動(dòng)態(tài)時(shí)鐘發(fā)生模塊。動(dòng)態(tài)時(shí)鐘發(fā)生模塊將根據(jù)mif文件中的保留位、振蕩器等配置信息完成動(dòng)態(tài)時(shí)鐘的調(diào)整，與此同時(shí)，動(dòng)態(tài)時(shí)鐘生成模塊中的計(jì)數(shù)器開(kāi)始工作，每一次外部分辨率信號(hào)傳來(lái)時(shí)，計(jì)數(shù)器都會(huì)進(jìn)行調(diào)整，不同的計(jì)數(shù)器的值對(duì)應(yīng)不同的分辨率，然后再綜合時(shí)鐘信息完成分辨率的調(diào)整。目前測(cè)試卡能支持1920x1200、1600x900、800x600、1024x768、1680x1050、1440x900等多種分辨率。

2.2.2VGA邏輯圖像模擬技術(shù)

為了輸出不同分辨率的圖像來(lái)完成對(duì)不同分辨率的屏幕的評(píng)估，測(cè)試圖像生成模塊采用VGA邏輯圖像模擬技術(shù)來(lái)完成測(cè)試圖像的輸出。如圖3是VGB邏輯圖像模擬技術(shù)的基本流程：

VGA視頻傳輸協(xié)議是大多數(shù)廠商所共同支持的一大標(biāo)準(zhǔn)，基于FPGA的多分辨率屏幕測(cè)試卡通過(guò)對(duì)行場(chǎng)信號(hào)的控制來(lái)支持VGA協(xié)議。為了對(duì)應(yīng)不同的分辨率，測(cè)試圖像生成模塊定義了多個(gè)二維數(shù)組，分別存儲(chǔ)著不同分辨率下的不同行場(chǎng)信號(hào)的相關(guān)參數(shù)。當(dāng)測(cè)試卡系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)時(shí)鐘發(fā)生模塊響應(yīng)了外部的分辨率切換信號(hào)后，測(cè)試圖像生成模塊會(huì)選擇存有對(duì)應(yīng)分辨率參數(shù)的二維數(shù)組來(lái)確定行場(chǎng)信號(hào)。當(dāng)行場(chǎng)信號(hào)確認(rèn)完畢后，將進(jìn)行測(cè)試圖像生成。測(cè)試圖像生成主要包括兩部分：底層圖像生成和上層文字生成。下文將介紹兩種圖像的生成：

1）上層文字生成

為了更好的測(cè)試顯示屏的顯示效果，文字測(cè)試也是必不可少的一部分，基于FPGA的多分辨率屏幕測(cè)試卡采用字模信息讀取的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)上層文字生成。首先需要利用字模提取軟件將所要生成的文字轉(zhuǎn)換成16進(jìn)制數(shù)，得到一個(gè)txt文檔，之后需要將其轉(zhuǎn)化為mif格式文件，然后再將得到的mif文件寫(xiě)人Flash芯片。當(dāng)行場(chǎng)信號(hào)確定后，測(cè)試圖像生成模塊會(huì)通過(guò)Flash讀寫(xiě)控制模塊得到存儲(chǔ)的字模信息，并在時(shí)鐘的驅(qū)動(dòng)下，完成文字的輸出。

2）底層圖像生成

生成底層圖像主要是為了能讓用戶更加直接的觀察顯示屏質(zhì)量的好壞，為了達(dá)到這一目的，基于FPGA的多分辨率屏幕測(cè)試卡采用邏輯生成的方式來(lái)得到不同分辨率的底層圖像。VGA視屏傳輸協(xié)議牽涉到行、場(chǎng)同步時(shí)期，行、場(chǎng)消隱前肩，行場(chǎng)消隱后肩，行、場(chǎng)顯示時(shí)期，行、場(chǎng)掃描總時(shí)間等多個(gè)參數(shù)，不同的分辨率相關(guān)參數(shù)也不相同。當(dāng)分辨率確定后，系統(tǒng)便開(kāi)始行場(chǎng)掃描以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的更新，數(shù)據(jù)會(huì)在每一個(gè)行顯示有效時(shí)期完成傳輸，在完成傳輸后會(huì)拉高顯示使能信號(hào)來(lái)點(diǎn)亮一行。當(dāng)完成了一次場(chǎng)掃描后，一幀圖像就已生成。利用人眼的視覺(jué)殘留效應(yīng)，高速完成行場(chǎng)掃描便可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的測(cè)試圖像輸出，速度的大小則由時(shí)鐘的頻率決定。

當(dāng)上層文字和底層圖像生成完成后，一起輸出便可得到穩(wěn)定的測(cè)試圖像。

3實(shí)測(cè)分析

為了確保測(cè)試卡的準(zhǔn)確度和適用范圍，測(cè)試卡的實(shí)測(cè)測(cè)試了大量的主流顯示屏，在此過(guò)程中，測(cè)試卡都能將測(cè)試圖片顯示在顯示屏上，并且流暢地實(shí)現(xiàn)了手動(dòng)模式和自動(dòng)模式的切換以及圖片的暫停。并且，當(dāng)達(dá)到了待測(cè)顯示屏的最佳分辨率時(shí)，測(cè)試卡能及時(shí)通過(guò)LCD屏告知用戶，幫助用戶更加方便的評(píng)估顯示屏質(zhì)量的好壞。通過(guò)這些測(cè)試，我們確認(rèn)測(cè)試卡的精準(zhǔn)度和測(cè)試卡的適用范圍都達(dá)到了很高的標(biāo)準(zhǔn)，效果很好。圖4是用戶測(cè)試的實(shí)際操作。

4結(jié)論

本文就基于FPGA的多分辨率屏幕測(cè)試卡如何對(duì)待測(cè)屏幕進(jìn)行測(cè)試及其相關(guān)原理進(jìn)行了詳細(xì)的分析，各個(gè)模塊通過(guò)時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)模塊之間的信號(hào)傳遞、參數(shù)讀取，以達(dá)到自動(dòng)匹配像素時(shí)鐘，自動(dòng)生成相應(yīng)分辨率測(cè)試圖像以完成評(píng)估的功能。在進(jìn)行大量的實(shí)際測(cè)試期間，基于FPGA的多分辨率屏幕測(cè)試卡能對(duì)各種主流顯示屏進(jìn)行測(cè)試，顯示屏上能完美的顯示出最佳分辨率圖片，最終實(shí)現(xiàn)了顯示屏質(zhì)量的綜合評(píng)估。endprint