紫光同创FPGA入门指导：HDMI 输出彩条——紫光盘古系列22K开发套件实验教程（八）

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适用于板卡型号：

紫光同创PGL22G开发平台（盘古22K）

盘古22K开发板购买链接：https://item.taobao.com/item.htm?ft=t&id=695005143685（小眼睛半导体）

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256256256=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）。