现在社会，以计算机技术为核心的信息技术迅速发展，以及信息的爆炸式增长，人类获得视觉信息的很大一部分是从各种各样的电子显示器件上获得的，对这些电子显示器件的要求也越来越高，在这些诸多因素的驱动下，显示技术也取得了飞速的发展。VGA(Video Graphics Array)是IBM在1987年随PS／2机一起推出的一种视频传输标准，与嵌入式系统常用的TFT显示器件相比，它具有分辨率高、显示速率快、颜色丰富等优点，如果将其用于嵌入式系统，可以显著提升产品的视觉效果。驱动VGA接口显示器，需要很高的扫描频率，以及极短的处理时间，实现VGA显示功能，既可以使用专用的VGA接口芯片，也可以用FPGA来实现对VGA显示器的驱动控制。FPGA的运行速度快，管脚资源丰富，容易实现大规模的系统设计，有大量的软核可用，便于进行二次开发。随着测试与智能控制行业的不断发展，基于FPGA的显示技术应用越来越广。使用FPGA设计的VGA显示控制器具有很高的灵活性，可以根据其不同的类型、尺寸、适用场合特别是不同的工业产品，做一些特殊的设计，以最小的代价满足系统的要求，而且可以解决通用的显示控制器本身固有的一些缺点。文献[1]研究了基于FPGA的VGA多幅图片动态显示系统的设计，文献[2]利用FPGA芯片实现了图像采集处理系统，文献[4]研究了基于FPGA的图像边缘检测系统的设计。

随着用户对图像的细节信息越来越关注，图像处理要求越来越高，尽管软件算法的不断优化能够在一定程度达到要求，但是软件算法优化已经趋近瓶颈。以往的图像采集与处理多是用图像采集卡完成图像采集后再由计算机对其处理，这种方法虽然具有处理速度快的优点，但存在着价格昂贵、功耗高、体积大等不足。通过硬件FPGA实现图像处理具有以下优点：①将复杂的算法嵌入到硬件平台上进行，利用硬件处理速度快的特点，节省了图像处理的时间增加实时性；②基于FPGA的硬件图像处理系统可以进行多次开发，可以大大节约开发成本；③将图像处理功能集成在专用芯片或FPGA系统上，占用空间小，方便携带。将图像处理算法集成到FPGA硬件平台上，利用FPGA驱动VGA显示图像处理算法的结果，可以使图像处理的显示脱离PC机的控制，形成体积小、功耗低的嵌入式便捷系统，对于地面勘测和性能检测等方面，具有重要的现实意义。

2. 研究的基本内容与方案

（1）系统设计方案

图像处理显示控制器是一个较大的数字系统，采用模块化设计原则、借鉴自顶向下的程序设计思想，进行功能分离并按层次设计。利用VHDL硬件描述语言对每个功能模块进行描述，并逐一对每个功能模块进行编译仿真，使VGA图像处理显示控制器的模块实体仿真综合得以顺利通过。控制器主要由以下模块组成：图像输入模块、存储器控制模块、图像处理算法模块、VGA显示控制模块等，如下图所示。

图1 系统功能框图

（2）图像输入模块

将待处理的图像储存在SDRAM中。在图像处理系统中，由于实时性要求较高，单位时间内数据吞吐量较大，对应的用于缓存图像的存储器必须保证大容量且数据传输速度快。过去经常用到SRAM来存储图像数据，不需要刷新操作且控制方式简单，存取速度也很快，但是SRAM的存储容量较小，对于数据量大的图像处理平台成本相对较高。SDRAM存储器需要定时的刷新操作以保证内部数据不会丢失。

（3）存储器控制模块

SDRAM控制器主要包括控制模块、命令模块。命令模块主要为了实现控制器中的状态机以及实现在SDRAM的读操作和写操作，并且实现SDRAM的动态刷新，保证SDRAM控制器的正常操作。数据传输模块主要完成SDRAM的数据传输。