HDMI的協(xié)議以及驅(qū)動(dòng)編碼實(shí)現(xiàn)案例

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(xié)議以及編碼實(shí)現(xiàn)。HDMI的編碼，仿真和調(diào)試會(huì)花費(fèi)較長(zhǎng)時(shí)間，特別是第一次在windows環(huán)境下部署UVM環(huán)境，對(duì)于剛剛?cè)腴TUVM的我來說，這塊也花費(fèi)了很長(zhǎng)時(shí)間。截止目前設(shè)計(jì)和仿真的代碼都已經(jīng)做完。所以這章主要介紹HDMI的協(xié)議以及設(shè)計(jì)的架構(gòu)，之后再用一章來介紹HDMI的實(shí)現(xiàn)和驅(qū)動(dòng)編寫。

HDMI協(xié)議簡(jiǎn)介

HDMI包含物理層和鏈路層結(jié)構(gòu)，物理層定義了信號(hào)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(hào)

TMDS Data：采用差分傳輸，共有三路。

TMDS Data shield：

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

TMDS clock shield：

SCL：串口通信時(shí)鐘。

SDA：串口通信數(shù)據(jù)通路。

CEC：用戶可以通過CEC協(xié)議對(duì)設(shè)備進(jìn)行控制。

Hot Plug Detect：對(duì)供電電源進(jìn)行檢測(cè)信號(hào)，提示電源超過或者不足。

圖1.1 物理層信號(hào)定義

2）鏈路層結(jié)構(gòu)

鏈路層主要包含如下信息：

圖1.2 鏈路層包含信息

整個(gè)傳輸?shù)膸瑫r(shí)序結(jié)構(gòu)如圖1.3：其中HSYNC、VSYNC是圖像同步信號(hào)，都為高電平，表示是有效圖像數(shù)據(jù)。Preamble用于區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)類型，具體如圖1.4。video數(shù)據(jù)以2bit的leading gurad band開頭，之后是連續(xù)的一行圖像數(shù)據(jù)。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(qū)域。這部分不是必須的，我們進(jìn)行圖像處理僅僅用于顯示處理，所以不進(jìn)行data island字段設(shè)計(jì)。這部分介紹略過。

內(nèi)容

圖1.4 preamble結(jié)構(gòu)

3）物理層編碼

控制信號(hào)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(shù)據(jù)8bit被編碼為10bit，這樣可以降低TMDS物理路徑上電位轉(zhuǎn)變次數(shù)。算法如下：

圖1.5 video data物理層編碼

HDMI設(shè)計(jì)架構(gòu)
HDMI設(shè)計(jì)中不包含data island的結(jié)構(gòu)解析，因?yàn)閮H僅用于顯示。整體結(jié)構(gòu)如圖2.1。包含兩大部分：

1）hdmi_link

用于從ddr中獲得圖像數(shù)據(jù)，并封裝成鏈路層格式。其中cfg是通過arm端實(shí)現(xiàn)寄存器配置，包括圖像的起始地址，大小，圖像長(zhǎng)寬，blank的大小等。Ctrl是實(shí)現(xiàn)對(duì)HDMI的整體控制，包括使能HDMI發(fā)送，處理hotplug以及產(chǎn)生HDMI傳輸中斷等。Img_reader通過axi總線從DDR中獲得圖像數(shù)據(jù)，pack是完成鏈路層格式的打包，并發(fā)送到物理層。

2）hdmi_phy

這層主要是將鏈路層幀結(jié)構(gòu)進(jìn)行物理編碼，并轉(zhuǎn)換為串行數(shù)據(jù)發(fā)送出去。Encoder就是對(duì)幀結(jié)構(gòu)進(jìn)行編碼，每8bit轉(zhuǎn)換為10bit數(shù)據(jù)。Serial中用到了芯片的SERDERS，將并行10bit數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為高速串行數(shù)據(jù)。

3）PLL

產(chǎn)生兩種時(shí)鐘信號(hào)：一種用于鏈路層數(shù)據(jù)打包和讀取等，而tmds_clk是高速串行時(shí)鐘。用于提供給物理接口。

圖2.1 HDMI設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

驗(yàn)證架構(gòu)

這部分用UVM來實(shí)現(xiàn)的，利用了UVM的基本架構(gòu)。大致如圖3.1。

1）img_seq，img_drv

產(chǎn)生圖像并通過axi發(fā)送給DUT，同時(shí)將數(shù)據(jù)發(fā)送給img_monitor用于產(chǎn)生對(duì)比數(shù)據(jù)。

2）sw config

模擬軟件行為，配置寄存器數(shù)據(jù)。

3）img_monitor

獲取原始img數(shù)據(jù)產(chǎn)生對(duì)比文件，然后拉取DUT中l(wèi)ink層和phy層數(shù)據(jù)，進(jìn)行對(duì)比。輸出對(duì)比結(jié)果。

圖3.1 UVM驗(yàn)證架構(gòu)

總結(jié)
簡(jiǎn)單介紹了HDMI協(xié)議，并設(shè)計(jì)了HDMI顯示架構(gòu)。完成了設(shè)計(jì)和仿真代碼。下一章將會(huì)介紹仿真和調(diào)試過程。

編輯：hfy