用fpga 实现图形算法的硬件加速设计 有源码,能直接用

我爱因仑风

作者: hxl_led    时间: 2012-3-30 14:46
标题: 原创: 用fpga 实现图形算法的硬件加速设计 有源码,能直接用
本例子我早先已发到别的论坛上,可知音甚少,今在贴之,望对大家有所帮助. 我不想本贴是一个很严肃的技术贴,而作为一种思想,理论联系实践

武术最高境界--万源归宗,其实单片机,dsp ,cpu,都是有限状态机的特例,就数字电路来讲,只是其中的一部分,由此而来,统称的 类mcu,cpu等

都有其特定的长处与短处,软件的东西可以硬件做,硬件的东西可以软件模拟,南拳北腿,内外兼修,方能登堂入室, 心中有招,刀剑棍棒皆可用，

无论单片机,FPGA或是ARM DSP.

下面是Bresenham画线算法 分别用C语言和verilog 分别实现，这是我做的LCD控制器里硬件加速的一个模块,其它如画圆，字符，填充等可以以此类推

Bresenham画线算法 C程序如下：
int BresenhamLine ( int x1 , int y1 , int x2 , int y2 , int c)
{
int dx , dy ;
int tx , ty ;
int inc1 , inc2 ;
int d , iTag ;
int x , y ;
putpixel ( x1 , y1 , c ) ;
if ( x1 == x2 && y1 == y2 )
  return 1 ;
iTag = 0 ;
dx = abs ( x2 - x1 );
dy = abs ( y2 - y1 );
if ( dx < dy )
{
  iTag = 1 ;
  Swap ( & x1 , & y1 );
  Swap ( & x2 , & y2 );
  Swap ( & dx , & dy );
}
tx = ( x2 - x1 ) > 0 ? 1 : -1 ;  
ty = ( y2 - y1 ) > 0 ? 1 : -1 ;
x = x1 ;
y = y1 ;
inc1 = 2 * dy ;
inc2 = 2 * ( dy - dx );
d = inc1 - dx ;
while ( x != x2 )
{
  if ( d < 0 )
   d += inc1 ;
  else
  {
   y += ty ;
   d += inc2 ;
  }
  if ( iTag )
   putpixel ( y , x , c ) ;
  else
   putpixel ( x , y , c ) ;
  x += tx ;
}
return 0;
}
Swap ( int * a , int * b )
{
int tmp ;
tmp = * a ;
* a = * b ;
* b = tmp ;
  
}



FPGA实现如下verilog HDL :
module line
(
    input[31 :0] page_address,
input    clk_i,
input    rstn_i,
input    load_i,
    input    ack_i,
input signed  [15:0] sx,
input signed  [15:0] sy,
input signed  [15:0] ex,
input signed  [15:0] ey,
input[23:0]   f_color_i,
    input[23:0]   b_color_i,
input[7 :0]   data_i,
   
    output[23 :0] data_o,
    output[23 :0] addr_o,
    output        pset_start_o,
    output reg    line_over_o
);
reg[23: 0]  addr;
reg[7 :0]   rdata_i;
reg signed [15:0] x;
reg signed [15:0] y;
reg signed [15  :0] xsign;
reg signed [15  :0] ysign;

reg signed [16  :0] delta_x;
reg signed [16  :0] delta_y;
reg [16  :0] rdelta_x;
reg [16  :0] rdelta_y;
reg signed [16  :0] i;
reg signed [16  :0] e;
reg  change;
reg [3:0]state;
reg   pset_load;
wire  over_o;
// Declare states
parameter S0 = 0, S1 = 1, S2 = 2, S3 = 3,S4 = 4, S5 = 5,S6 =6, S7=7,S40 = 8;
// Determine the next state synchronously, based on the
// current state and the input
always @ (posedge clk_i or negedge rstn_i) begin
  if (! rstn_i)
   begin
     line_over_o <= 1'b0;
     rdata_i <= 8'd0;
     addr    <= 24'd0;
           xsign   <= 16'd0;
           ysign   <= 16'd0;
           delta_x <= 17'd0;
           delta_y <= 17'd0;
            i      <= 17'd0;
            e      <= 17'd0;
            
            pset_load <= 1'b0;
   state <= S0;
   end
  else
   case (state)
    S0:
       if(load_i)
     begin
       line_over_o <= 1'b1;
      
      x       <= sx;
      y       <= sy;
      delta_x <= ex - sx;
      delta_y <= ey - sy;
      state <= S1;
     end
       else
        begin
      line_over_o <= 1'b0;
      state <= S0;
     end
    S1:
       begin
      if(delta_x < 0 ) begin rdelta_x <= (~ delta_x )+ 1'b1; xsign<= -1; end
      else             begin rdelta_x <=  delta_x ;          xsign <= 1;  end
      if(delta_y < 0 ) begin rdelta_y <= (~ delta_y )+ 1'b1; ysign <= -1; end
      else             begin rdelta_y <=  delta_y ;          ysign <= 1;  end
      
      state <= S2;
      
       end  
    S2:
     begin
                 if(rdelta_x < rdelta_y)
                   begin
        delta_x <= rdelta_y;
        delta_y <= rdelta_x;
        change  <= 1'b1;
        end
     else
       begin
        delta_x <= rdelta_x;
        delta_y <= rdelta_y;  
        change  <= 1'b0;
       end                    
     state <= S3;
     end
    S3:
     begin
      e        <= ( delta_y * 2 ) - delta_x;
      i        <= 17'd1;
         rdata_i  <= data_i;
      state    <= S4;
     end
    S4:
     begin
      addr      <=( ( y * 1024 ) + x ) + page_address[23 :0];
      pset_load <= 1'b1;
      state     <= S40;
     end
    S40:
     begin
      if(over_o == 1'b1 )
       begin
         pset_load <= 1'b0;
         state <= S5;   
       end
       else
         state <= S40;   
     end
    S5:
     begin
       if( e >= 0 )
       begin
        if(change == 1'b1) x <= x + xsign;
        else               y <= y + ysign;
        e <= e + ( delta_x * 2);
        state <= S5;
       end   
      else
        state <= S6;
     end
     
    S6:
     begin
      if( change == 1'b1)   y <= y + ysign;
      else                  x <= x + xsign;
       e <= e + ( delta_y * 2);
      state <= S7;
     end
     
    S7:
     begin
      if(i < delta_x )
       begin
         i     <= i + 1'b1;
         state <= S4;
       end
      else
       begin
         line_over_o <= 1'b0;
         state <= S0;
       end
     end
     
   endcase
end

endmodule