1.了解VGA協議
VGA協議有5個輸入信號，列同步信號（HSYNC Signal），行同步信號（VSYNC Signal），紅-綠-藍，顏色信號（RGB Signal）。
一幀屏幕的顯示是由行從上至下掃描，列從左至右填充。
以800x600x60Hz為例：
對於列填充信號：a是拉低的128個列像素，b是拉高的88個列像素，c是拉高的800個列像素，d是拉高的40個列像素。
對於行掃描信號：o是拉低的4個行像素，p是拉高的23個行像素，q是拉高的600個行像素，r是拉高的1個行像素。
其中，橘色為有效顯示區域
一個行像素是以列像素為單位來定義的：
1個行像素 = 1056個列像素 （即1行中有1056個像素需要填充）
一個列像素是以時間單位來定義的：
1個列像素 = 25ns。
2.VGA驅動建模
PLL是FPGA的重要硬件資源，PLL主要功能是對源時鍾編程，翻頻，分頻。
同步模塊實現對列填充信號與行掃描信號的控制，同時輸出當前的地址（Column_Addr_Sig，Row_Addr_Sig）和有效區域信號（Ready_Sig）。
同步模塊的輸入只有CLK和RSTn信號，不需要外部輸入其它信號，在模塊里面編寫一系列的驅動模型，並輸出驅動信號。
首先，寫一個列計數器與一個行計數器：
注意：時鍾頻率經過PLL倍頻后，時鍾周期達到了25ns,對比列計數器與行計數器的寫法，列計數器是每來一個時鍾上升沿，計數增加1，即每隔25ns，計數增加1。而行計數器，是當列填充完畢后（if(Count_H == 11’d1056)）,計數增加1。這就解決了我剛才發現行掃描與列掃描不匹配的疑惑。
有效區域信號的產生：
根據有效區域產生有效區域信號（Ready_Sig）
首先定義了一個名為isRectangle的標志寄存器（有0和1兩種狀態），用來划定顯示區域，即（Column_Addr_Sig>11’d0 && Row_Addr_Sig < 11’d100）當掃描到以上區域時，顯示相應的顏色，其它區域則不顯示。
3.總體描述
（1）整個系統由PLL模塊將外部時鍾倍頻，得到同步掃描與填充模塊與VGA顯示控制模塊所需要的時鍾。
（2）同步掃描模塊接收經過倍頻后的時鍾信號后，通過內部編寫的行掃描計數器與列填充計數器來工作，通過編寫Ready_Sig狀態標志寄存器相關塊語句（掃描到有效區域后置1，不在有效區域則置0），同時結合isReady與行掃描計數器，列掃描計數器，計算出Column_Addr_Sig(列地址)，Row_Addr_Sig(行地址)信號。
（3）VGA顯示控制模塊中，需要接收Ready_Sig(有效區域信號)，列地址，行地址信號。然后在相應的位置填充顏色。同時，我們也可以在有效區域內，自己划定顯示區域（通過自定義狀態標志寄存器和划定行地址與列地址的范圍），並填充相應的顏色。
4.拓展一（向下兼容的概念）
640x480x60Hz的顯示標准需要的時鍾頻率是25.175MHz，即填充1個列像素需要的時間是39.7ns。則可以用更高的源時鍾求得39.7ns的定時。引出向下兼容的處理方法：將外部20MHz時鍾源翻倍至100MHz，即1個時鍾周期為10ns，因此可以用4個時鍾周期40ns的時間來滿足填充1個列像素所需要的時間。
//40ns_Count,main_source = 10ns parameter T40NS = 3'd3; reg [2:0]count1; always@(posedge CLK or negedge RSTn) if(!RSTn) count1 <= 3'd0; else if(count1 == T40NS) count1 <= 3'd0; else count1 <= count1 + 1'b1; reg [10:0]count_H; always@(posedge CLK or negedge RSTn) if(!RSTn) count_H <= 11'd0; else if(count_H == 11'd800) count_H <= 11'd0; else if(count1 == T40NS) count_H <= count_H + 1'b1; reg [10:0]count_V; always@(posedge CLK or negedge RSTn) if(!RSTn) count_V <= 11'd0; else if(count_V == 11'd625) count_V <= 11'd0; else if(count_H == 11'd800) count_V <= count_V + 1'b1;
在寫代碼的過程中，需要注意的是寄存器的位寬要定義好，在使用數據的時候也需要帶上。計數器在進行加1操作的時候，加的是“1’b1”，即二進制加法運算，因為起先我們定義的是 reg [10:0]count_V 位寬為11。
還有，並不是所有更高時鍾的頻率就能向下兼容。
5.拓展二（點陣顯示）
點陣編碼的方式是：逐行顯示，高位在前。
逐行顯示：表示圖像是逐行填充，完成完一行的填充后，再填充下一行。
高位在前：列填充從左往右填充，但最左邊是列像素的最高位。即：
以上為一個16個列像素，它的編碼為0xf738。
在點陣顯示模型中，需要有圖片ROM，存儲圖片（點陣）信息，VGA控制模塊需要給出點陣地址，並讀取點陣數據，點陣的數據是一行一行讀取的，因此，每次從圖片ROM模塊中取一行的數據。
以下為部分VGA顯示控制的代碼，寄存器m存儲的是同步掃描模塊傳過來的行地址，n存儲的是同步掃描模塊傳過來的列地址。
行地址直接傳給圖片ROM模塊，圖片ROM模塊接收到行地址后，給出相應行的像素信息ROM_Data，VGA控制模塊根據傳來的行像素信息，填充相應的顏色。
解釋：
Red_Sig = Ready_Sig ? Rom_Data[6’d63 - n] : 1’b0;
VGA掃描控制模塊接收到列地址后，讀取Rom_Data中相應的列數據，即當n=0時，應該讀取第0列的數據，即Rom_Data[63] 為第0列數據，符合高位在前的原則。
給出圖片ROM模塊的實例化代碼：
Wire [63:0] Rom_Data; Rom_module U3 ( .clock(CLK_40MHz); .address(Rom_Addr); .q(Rom_Data) );
6.拓展三（圖層顯示建模）
關於圖層顯示的概論理解如下：
黃色是由紅色圖層與綠色圖層疊加得到。
黑色是由紅色圖層，綠色圖層和藍色圖層得到。
如若顯示以下4個列像素的信息：
此表應該豎着和橫着同時看，第1個列像素為紅色，則圖層顯示碼為：（第四位）紅色層：1，綠色層：0，藍色層：0；第2個列像素為黃色，則圖層顯示碼為：（第三位）紅色層：1，綠色層：1，藍色層：0。
紅色層：4’b1101
綠色層：4’b0101
藍色層：4’b0001
在顯示控制模塊中，只需要將相同的行，相同的列，不同的層信息發送到相關的輸出信號。
VGA控制模塊給出行信號Rom_Addr，圖片ROM（red）,圖片ROM（green）,圖片ROM（blue）給出對應行的數據。
體會：對於圖片ROM模塊，需要同步時鍾，不需要復位信號處理，里面應該事先存儲好圖片的數據信息，等待VGA顯示控制模塊來讀取。
圖層的概念，就是通過使用不同顏色疊加，來產生我們需要的顏色。
7.拓展四（幀的概念）
在VGA顯示標准中，如：800x600x60Hz,最后的“60Hz”,表示顯示標准，意味着在1s內可以顯示60幀圖像。
60Hz的來歷：1個行像素為1056個列像素，一個列像素需要25ns,則1幀的圖像需要628*1056*25ns的時間，則1s內顯示（1/(628*1056*25ns) = 60）幀圖片。
顯示動態圖片的時候，對於圖片ROM模塊怎樣存放圖片的點陣信息，我們需要做如下處理：
假設每張圖片都是16x16x1Bit，共有6張圖片。則，一張圖片有16行，16列，保持這6張圖片列對齊，0~15行放置第一張圖片，16~31行放置第二張圖片.....以此類推。
等待顯示完第一張圖片后，再顯示第二張圖片，怎樣判斷一幀圖片是否顯示完全呢？需要同步掃描填充模塊輸出一個顯示完成信號（Frame_Sig,）。
assign Frame_Sig = (Count_V == 11’d628) ? 1’b1 : 1’b0;
Frame_Sig並沒有在always塊語句中做處理，只是需要使用已經經過處理的信號，做出判斷就可以得出准確的Frame_Sig(也算是一種算法吧)。
在VGA顯示控制模塊中，定義了一個FRAME常量，和一個Count_Frame計數器，每當Frame_Sig高電平時，計數器加1，計數周期為60個，表明，每張圖片需要顯示60次。
以上always塊語句的作用是一個圖片翻頁模塊，自帶狀態機與處理功能。初始化狀態為i = 0,rAddr = 0,表示顯示第一張圖片。
對比以前實驗的寫法：狀態機與處理分開寫。
不同點：狀態跳變條件與需要處理的動作條件相同，即狀態跳變時刻，應當有一個響應對應狀態的變化。本實驗的狀態變化不是一個完整的回路。分析本實驗case里面的語句，實質上還是一個查表的思想，當條件Count_Frame == FRAME;條件滿足時，狀態發生跳變，而沒有做出相應的響應。而rAddr <= 7’d0,是當Count_Frame == FRAME;這一條件不滿足時，做出的響應。
額外體會：本實驗中的case/endcase模塊中：
4’d0: If( Count_Frame == FRAME ) i <= 4’d1; else rAddr <= 7’d0;
之所以兩條語句不分開寫（狀態機與響應分開的形式），還有一部分原因是里面是一個if/else條件判斷語句，兩條語句只執行其中的一條，並不是都會執行。
assign Rom_Addr = rAddr + m;
rAddr表示為顯示第幾張圖片，即ROW的區域。
m表示行偏移量，從同步掃描填充模塊獲得。
總結：
對於動態圖片的顯示（多張圖片）形成的動畫，在同步行掃描，列填充的模塊中，需要對一副圖畫掃描完成與否做出處理，最后提供一個掃描完成信號。
在VGA顯示控制模塊中，首先要划定顯示區域，根據行與列掃描地址（確定一個顯示范圍）。如果對同一副圖片掃描次數有要求，則需要用到Frame_Sig掃描完成信號，設定一個計數器，記錄掃描完成信號產生的次數。在設定不同圖片行地址時，使用了case/endcase結構，集中包含了狀態機。