【紫光同创国产FPGA教程】——【PGL22G第八章】HDMI输出彩条实验例程

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适用于板卡型号:

紫光同创PGL22G开发平台(盘古22K)

一:盘古22K开发板(紫光同创PGL22G开发平台)简介

盘古22K开发板是基于紫光同创Logos系列PGL22G芯片设计的一款FPGA开发板,全面实现国产化方案,板载资源丰富,高容量、高带宽,外围接口丰富,不仅适用于高校教学,还可以用于实验项目、项目开发,一板多用,满足多方位的开发需求。

二:实验目的
FPGA 输出 HDMI 图像信号(分辨率为 1280*720@60),实现彩条显示。22K 开发板需要通
过代码加原语的方式模拟产生 HDMI 信号并输出。

三:实验原理

TMDS传输简介

HDMI重点就在TMDS通道,TMDS传输HDMI接口的音视频数据,TMDS通道各个通路的数据结构组成如下:

HMDI的Source端输入数据主要有像素点数据、行场同步、控制信号、辅助信号(音频)。显示器上一整幅画面由多个像素点组成,实际的显示过程是很快速的把显示器的各个像素点点亮。

显示时序标准

若下图表示一个5*5的画面,图中每个格子表示一个像素点,显示图像时像素点快速点亮的过程按表格中编号的顺序逐个点亮,从左到右,从上到下,按图中箭头方向的"Z"字形顺序.

以上图为例,每行5个像素点,每完成一行信号的传输,会转到下一行信号传输,直到完成第五行数据的传输,就完成了一个画面的数据传输了,一个画面也称为一场或一帧,显示每秒中刷新的帧数称为帧率。比如1920*1080P像素,就是1行有效像素点1920,一场有效行为1080行。

每个像素点的像素值数据,对应每个像素点的颜色。常见的像素值表示格式比如:RGB888,RGB分别代表:红R,绿G,蓝B,888是指R、G、B分别有8bit,也就是R、G、B每一色光有28=256级阶调,通 过RGB三色光的 不 同 组 合 ,一 个 像 素 上 最多 可显 示24位的256*256*256=16,777,216色。

像素数据源源不断输送进来,行、场的切换通过行场同步信号来控制,即hsync(行同步)和vsync(场同步信号)。

上图中Addressable部分内容是在显示器中可看到的区域,像素点是否有效通过DE信号标识;Border可理解为显示黑边或者显示边框,通常Border显示的像素值是0(黑色)。行、场切换过程都是在用户感受不到的区域进行的,这个区域就是Blanking部分,称为消隐区间。同步信号上升沿表示新的一行/一场开始,Hsync对应行,Vsync对应场。

下图是HDMI显示的720X480分辨率的TMDS编码帧结构。


本实验只考虑 video 信号的传输,实现图像的 TMDS 编码时只需要 Video data Period 和 control period。
完整的信号链路如下:

每个 channel 链路如下:

Color_bar 产生

HDMI 显示的数据源采用 verilog 编写的 color_bar 模块产生。根据像素点所在位置,即列数和行数确定像素值,实现彩条图案。另外 color_bar 需实现上图的时序要求。
本实验采用 1280*720@60 的视频规格,详细时序参数如下:

彩条分成 8 列 1 横条,竖条图案向右规律性移动,横条图案上下摆动。

TMDS 编码
TMDS 的编码会把 D[7:0]或 C[1:0]编码成 10bit 的数据,编码的目的是为了是 TMDS 在传输过程中维持直流平衡,也就是说传输的 0 和 1 的数量保持基本一致。下图是 TMDS 编码的流程图。


四: 实验源码
实验源码详见参考例程。
五:实验现象
HDMI_OUT 接口接上支持对应分辨率(1280*720P@60)的屏后,显示彩条图案,且彩条图案
规律性移动(竖条图案向右规律性移动,横条图案上下摆动)。

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