PLL控制器和分辨率模式切换详解

一、PLL控制器

pll_controller.v 是一个PLL动态重配置控制器，用于根据不同的视频模式(mode)动态配置Altera PLL IP的时钟频率参数。PLL动态重配置控制器的RTL视图：

该模块的信号接口说明如下表格：

信号名称	信号说明
clk	系统时钟（50MHz）
reset_n	异步复位，低电平有效
mode[3:0]	视频模式输入
mode_change	模式变化指示信号（来自vpg_mode模块）
mgmt_readdata[31:0]	从ALTPLL_RECONFIG IP读取的数据
mgmt_read	ALTPLL_RECONFIG IP读使能
mgmt_write	ALTPLL_RECONFIG IP写使能
mgmt_address[5:0]	ALTPLL_RECONFIG IP寄存器地址
mgmt_writedata[31:0]	写入ALTPLL_RECONFIG IP的数据

PLL控制器里面设置了一个9个状态的状态机，它是一个典型的顺序状态机，用于控制Altera PLL IP的读写流程：

每个状态要完成的任务如下：

状态	描述
0000	检测mode_change上升沿时设置轮询模式且转入状态1
0001	设置M计数器且转入状态2
0010	设置N计数器且转入状态3
0011	设置C计数器且转入状态4
0100	设置带宽且转入状态5
0101	设置电荷泵转入状态6
0110	设置启动重配置且转入状态7
0111	检查状态且转入状态8
1000	等待重配置完成(bit0=1)则转入状态0

下面是该控制模块的时序图：

这个时序是符合ALTPLL_RECONFIG IP的polling模式的时序的(参考Implementing Fractional PLL Reconfiguration with Altera PLL and Altera PLL Reconfig IP Cores 文档Figure 2)。从时序图可以看到:

在空闲状态(状态0)下，当检测到模式改变信号时，设置轮询模式，准备进入状态1;

进入状态1设置M计数器，写入polling mode寄存器，准备进入状态2;

进入状态2设置N计数器，写入M计数器值，准备进入状态3;

进入状态3设置C计数器，写入N计数器值，准备进入状态4;

进入状态4设置带宽，写入C计数器值，准备进入状态5;

进入状态5设置电荷泵，写入带宽参数，准备进入状态6;

进入状态6设置启动重配置，写入电荷泵参数，准备进入状态7;

进入状态7，设置检查状态(即读状态寄存器)写入重配置启动命令，准备进入状态8;

进入状态8，读取状态寄存器，当bit0为1时代表重配置完成，准备返回状态0。

另外，该控制器其中7个状态里面都使用了write_count计数器来控制写操作的持续时间，总共是3个周期：

第0个时钟周期：设置拉高mgmt_write

第1个时钟周期：mgmt_write保持高(用于总线传输)

第2个时钟周期：mgmt_write拉低，准备切换到下一个状态

二、分辨率切换模块

vpg_mode.v是模式切换模块，用于在多个预定义的VGA分辨率模式之间循环切换。该模块包含的头文件vpg.h预定义了这些模式：

Mode	分辨率	视频标准	像素时钟
0	640x480p60	VGA	25.175MHz
1	720x480p60	480P	27MHz
2	1024x768p60	XGA	65MHz
3	1280x1024p60	SXGA	108MHz
4	1920x1080p60	1080i	148.5MHz

vpg_mode.v的RTL视图如下：

其中切换信号(vpg_mode_change和vpg_mode)可以连接到前面的vpg.v模块的时序参数选择器，以改变HDMI输出的分辨率。

该模块设置了两种方式去切换模式：

1.通过按键KEY1：按下按钮(上升沿)切换。

2.自动切换：在复位后的一段时间(第9个clk_en有效时钟周期)自动切换一次。

分辨率切换是从最高分辨率(FHD_1920x1080p60)切换到最低分辨率(VGA_640x480p60)，然后形成循环：