引言

做圖像處理沒有顯示怎么能行，所以用兩章來介紹HDMI的協議以及編碼實現。HDMI的編碼，仿真和調試會花費較長時間，特別是第一次在windows環境下部署UVM環境，對于剛剛入門UVM的我來說，這塊也花費了很長時間。截止目前設計和仿真的代碼都已經做完。所以這章主要介紹HDMI的協議以及設計的架構，之后再用一章來介紹HDMI的實現和驅動編寫。

HDMI協議簡介

HDMI包含物理層和鏈路層結構，物理層定義了信號的物理接口，以及物理層物理層編碼方式。鏈路層定義了幀格式，包含了圖像，聲音，和控制信息。

1）物理層信號

TMDS Data：采用差分傳輸，共有三路。

TMDS Data shield：

TMDS clock：A類型的時鐘頻率小于55MHz，即最大傳輸165M pixels/sec。

TMDS clock shield：

SCL：串口通信時鐘。

SDA：串口通信數據通路。

CEC：用戶可以通過CEC協議對設備進行控制。

Hot Plug Detect：對供電電源進行檢測信號，提示電源超過或者不足。

圖1.1 物理層信號定義

2）鏈路層結構

鏈路層主要包含如下信息：

圖1.2 鏈路層包含信息

整個傳輸的幀時序結構如圖1.3：其中HSYNC、VSYNC是圖像同步信號，都為高電平，表示是有效圖像數據。Preamble用于區分數據類型，具體如圖1.4。video數據以2bit的leading gurad band開頭，之后是連續的一行圖像數據。Data island用于傳輸聲音信息，一些音視頻描述信息等。Data island被放置于非有效video圖像區域。這部分不是必須的，我們進行圖像處理僅僅用于顯示處理，所以不進行data island字段設計。這部分介紹略過。

內容

圖1.4 preamble結構

3）物理層編碼

控制信號包括HSYNC、VSYNC以及CTL0……2。其具體映射到物理傳輸線上為：

Case(D1, D0):

0, 0: q = 10b1101010100;

0, 1: q = 10b0010101011;

1, 0: q = 10b0101010100;

1, 1: q = 10b1010101011;

Endcase

Video數據8bit被編碼為10bit，這樣可以降低TMDS物理路徑上電位轉變次數。算法如下：

圖1.5 video data物理層編碼

HDMI設計架構
HDMI設計中不包含data island的結構解析，因為僅僅用于顯示。整體結構如圖2.1。包含兩大部分：

1）hdmi_link

用于從ddr中獲得圖像數據，并封裝成鏈路層格式。其中cfg是通過arm端實現寄存器配置，包括圖像的起始地址，大小，圖像長寬，blank的大小等。Ctrl是實現對HDMI的整體控制，包括使能HDMI發送，處理hotplug以及產生HDMI傳輸中斷等。Img_reader通過axi總線從DDR中獲得圖像數據，pack是完成鏈路層格式的打包，并發送到物理層。

2）hdmi_phy

這層主要是將鏈路層幀結構進行物理編碼，并轉換為串行數據發送出去。Encoder就是對幀結構進行編碼，每8bit轉換為10bit數據。Serial中用到了芯片的SERDERS，將并行10bit數據轉化為高速串行數據。

3）PLL

產生兩種時鐘信號：一種用于鏈路層數據打包和讀取等，而tmds_clk是高速串行時鐘。用于提供給物理接口。

圖2.1 HDMI設計結構

驗證架構

這部分用UVM來實現的，利用了UVM的基本架構。大致如圖3.1。

1）img_seq，img_drv

產生圖像并通過axi發送給DUT，同時將數據發送給img_monitor用于產生對比數據。

2）sw config

模擬軟件行為，配置寄存器數據。

3）img_monitor

獲取原始img數據產生對比文件，然后拉取DUT中link層和phy層數據，進行對比。輸出對比結果。

圖3.1 UVM驗證架構

總結
簡單介紹了HDMI協議，并設計了HDMI顯示架構。完成了設計和仿真代碼。下一章將會介紹仿真和調試過程。

編輯：hfy