Model for power evaluation with road inputs

VGA (Video Graphics Array) es un estándar para mostrar video introducido a finales de la década de 1980 en las computadoras IBM. El VGA original soportaba una resolución de 640x480 con 16 colores en modo gráfico. El modo VGA sigue siendo el estándar utilizado en el arranque de los ordenadores, hasta que se hacen cargo del control de los gráficos los controladores de la tarjeta de video instalada. Se trata del último estándar de video impuesto por IBM, y a partir de él se empezaron a desarrollar modelos que cada vez ofrecían más calidad y prestaciones, movidos en gran medida por el auge de los juegos de ordenador (Almalasi, 2008).

Un circuito controlador VGA como se observa en la figura 2.5 debe generar las señales de temporización vertical y horizontal y coordinar el envío de los datos de video basado en el reloj de píxel. El reloj de píxel define el tiempo disponible para representar la información de un píxel en la pantalla. Los datos de video vienen típicamente de una memoria de video, con uno o más octetos asignados a cada localización del píxel. El controlador debe poner un índice en la memoria cuando los haces se mueven a través de la pantalla, recuperar y aplicar estos datos a la misma en el tiempo exacto que el haz electrónico se está moviendo a través de un píxel dado.

Sync Generation Counters Row Col Pixel RAM or Character Generator ROM VGA Signals Horizontal sync Vertical sync R G B 25 MHz Clock Data from Design

Figura 2.5. Diagrama en bloques de un controlador VGA (Hamblen et al., 2006).

Un monitor VGA común puede ser controlado utilizando solo cinco líneas: dos de sincronismo y tres señales analógicas correspondientes a los colores rojo, verde y azul (RGB). Las señales analógicas correspondientes a cada color permiten variar la intensidad de los mismos simplemente variando su voltaje. Combinando correctamente el valor de tensión aplicado a las tres líneas analógicas se puede obtener el color deseado como se muestra en la Tabla 2.1 para un controlador con tres bits de color.

Tabla 2.1. Combinaciones posibles con tres bits de color.

Rojo Verde Azul Color

resultante 0 0 0 Negro 0 0 1 Azul 0 1 0 Verde 0 1 1 Cian 1 0 0 Rojo 1 0 1 Magenta 1 1 0 Amarillo 1 1 1 Blanco

El circuito de sincronización de video genera la señal de sincronismo horizontal que especifica el tiempo que demora escanear una línea horizontal, y la señal de sincronismo vertical que especifica la frecuencia de refrescamiento del monitor. Para una resolución de 640x480 con un reloj de píxel de 25MHz y una frecuencia de refrescamiento de 60Hz, se derivan las señales de sincronismo mostradas en las figuras 2.6 y 2.7 para el circuito horizontal y vertical respectivamente.

display (640)

one horizontal scan (800)

0 639 655 751 799 right border (16) front porch retrace (96) left border (48) back porch left border (48) hsync h_video_on deflection sawtooth pixel (0,0) _{pixel (639,0)} pixel (0,479) _{pixel (639,479)} black area display area pixel count

Figura 2.6. Diagrama de tiempo para una línea horizontal (Chu, 2008).

Un circuito decodifica la salida de un contador de sincronismo horizontal controlado por el reloj del píxel, para generar la señal de sincronismo hsync (Figura 2.6). Asimismo, la salida de un contador de sincronismo vertical que incrementa con cada pulso de hsync se utiliza para generar la señal de sincronismo vsync (Figura 2.7). Ambos contadores pueden ser usados para localizar un píxel en cualquier posición de la pantalla y formar una dirección en la memoria RAM de vídeo cuya información se corresponda con el color del píxel. De esta forma se logra disminuir notablemente la complejidad del circuito.

display (480)

one vertical scan (525)

0 479 489 491 524 bottom border (10) front porch retrace (2) top border (33) back porch top border (33) vsync v_video_on line count

480 horizontal scan lines

Es habitual que para el diseño las especificaciones no se den en tiempos, sino que se da la frecuencia de reloj de los píxeles. Con esta frecuencia, se especifica el número de píxeles de la señal de sincronismo horizontal y el número de líneas para el sincronismo vertical.

2.2.1 Implementación en la herramienta de simulación

El esquema diseñado en System Generator se muestra en la figura 2.8. Para comprobar el funcionamiento se utilizó la interfaz disponible en el kit Nexys2 la cual utiliza 10 señales para crear un puerto VGA con ocho bits de color y dos señales estándares de sincronismo.

Las etapas de sincronismo se implementaron utilizando dos contadores, uno que contara hasta 800 utilizando el reloj de píxel para generar el sincronismo horizontal y otro que contara 525 líneas para el barrido vertical. Un circuito decodificador es el encargado de generar las señales de sincronismo y de habilitación de video como las mostradas en las figuras 2.6 y 2.7.

Figura 2.8. Controlador VGA desarrollado con System Generator.

Para verificar el funcionamiento del controlador se generó un patrón de barras verticales que muestra ocho colores en orden decreciente de luminancia desde el blanco (máxima luminancia) hasta el negro (mínima luminancia) como se puede observar en la figura 2.9. El patrón de pruebas es uno de los elementos más utilizados por los ingenieros en el control de los parámetros que determinan la calidad de la imagen reproducida. El uso de estos patrones permite realizar una inspección visual inmediata de la calidad de la imagen reproducida sobre la pantalla del monitor de imagen.

Figura 2.9. Patrón de pruebas utilizado.

Los colores generados se corresponden con las combinaciones presentadas en la Tabla 2.1. Como todas las líneas horizontales del patrón de barras son iguales la información de color de una línea se cargó en una memoria ROM manejada por el contador horizontal que extrae los valores en instantes precisos de tiempo. De este modo no fue necesario utilizar el contador vertical para localizar una fila específica en la memoria de video.