FPGA实现ARM图像扩展：VGA到XGA的双线性插值算法

本文介绍了一种利用FPGA技术来扩展基于ARM处理器的系统图像分辨率的方法。通过对VGA格式的ARM9图像信号应用双线性插值算法，转换为更高分辨率的XGA格式，解决了ARM系统图像分辨率较低的问题。设计遵循VESA标准，经过仿真验证，实现了良好的显示效果。 在VESA标准中，VGA（Video Graphics Array）和XGA（Extended Graphics Array）是两种不同的视频显示模式。VGA通常提供640x480的分辨率，而XGA提供1024x768的分辨率，更适合高清晰度的显示需求。这两种模式的显示时序包括水平同步信号HSYNC和垂直同步信号VSYNC，它们控制着显示器的扫描过程。 系统整体设计上，首先采用了一个包含时序控制模块、时序产生模块、FIFO模块、图像缩放器模块和DDR2 SDRAM控制器模块的FPGA架构。ARM9系统的VGA视频信号输入到FPGA后，通过图像缩放器模块利用双线性插值算法处理，提高图像分辨率。处理后的数据被缓存在FIFO和DDR2 SDRAM中，随后按照XGA的时序送到视频编码芯片SI7170进行编码，最终显示在显示器上。 硬件实现部分，选择Altera的EP3C16F484C6 FPGA芯片，它拥有足够的逻辑单元、内存和乘法器资源，以及支持高时钟频率的特性，能满足设计需求。视频编码芯片SI7170支持多种视频格式，包括VGA和XGA，而DDR2 SDRAM则选用三星的K4T51163QC，其容量足以存储2帧图像，满足系统运行。 FPGA内部的输入时序控制模块接收VGA信号，并确保与ARM9系统同步。输出时序控制模块则根据XGA的标准生成必要的控制信号。图像缩放器模块是关键，通过双线性插值算法，可以平滑地生成新的像素值，减少图像失真。FIFO模块用于缓冲数据流，确保数据传输的连续性，而DDR2 SDRAM控制器管理数据的读写操作，保证图像数据的高效处理和存储。 通过这样的设计，不仅成功扩展了ARM系统的图像分辨率，还保持了图像质量，适用于需要高分辨率显示的消费电子和仪器设备领域。仿真结果验证了这种方法的有效性，表明经过FPGA处理后的图像在显示效果上达到了预期。