第1步：材料

完成此項目您將需要：

硬件

-任何具有HDMI和以太網(wǎng)的ZYNQ板都可以正常工作/我正在使用Digilent Zybo

-USB A到micro B USB電纜

-HDMI電纜

-以太網(wǎng)電纜

-帶有HDMI輸入的顯示器

軟件

-Xilinx Vivado

-Xilinx SDK

步驟2：輸出-VGA控制器第1部分

我們將使用開發(fā)板上的HDMI端口輸出視覺數(shù)據(jù)。 HDMI端口連接到ZYNQ的PL（可編程邏輯= FPGA）端，我們將需要為其設(shè)計VHDL控制器。如果您曾經(jīng)設(shè)計過VGA控制器，您會發(fā)現(xiàn)它非常相似。 HDMI和VGA的時序?qū)嶋H上是相同的，實際上您可以在現(xiàn)有的VGA控制器上構(gòu)建以獲得HDMI控制器。

為更好地了解實際情況，我們將首先設(shè)計一個VGA控制器

我們要以1920x1080的分辨率顯示。

VGA控制器負責(zé)將像素數(shù)據(jù)（RGB格式）依次逐像素傳輸?shù)斤@示器。在1920x1080的實際顯示區(qū)域之外，還有一些“邊界”區(qū)域，即：前沿，后沿和回掃。這些區(qū)域的像素大小是標準的，并針對每種分辨率。這些區(qū)域?qū)嶋H上并沒有出現(xiàn)在屏幕上，但是它們是必需的，并且該區(qū)域中像素的顏色必須為黑色。一個有效的問題是，為什么需要這些額外的區(qū)域。這個問題違背了這個可指導(dǎo)性的目的，但是如果您好奇的話，我鼓勵您在線進行進一步研究。

這是一個很好的視頻，解釋了VGA接口https://goo.gl/vfSw6o

在我們的情況下，我們希望以1920 * 1080的分辨率進行顯示，這些時間是：

水平顯示區(qū)域= 1920像素

水平Fron門廊= 88像素

水平后沿= 148像素

水平回掃= 44像素

垂直顯示區(qū)域= 1080像素

垂直前沿= 4像素

垂直后沿= 36像素

垂直回掃= 5像素

（您可以在此處找到其他分辨率的時間http：//goo。 gl/hFNRVb）

因此，我們的實際分辨率為2200 x1125。我們希望60 fps（每秒幀數(shù)），因此我們的像素時鐘將為60 * 2200 * 1125 = 148.5 MHz。在Zybo板上，提供了125 Mhz的時鐘。我們將使用MMCM IP生成所需的148.5 MHz像素時鐘。

步驟3：輸出-VGA控制器第2部分

《在上一步的理論背景下，您應(yīng)該可以設(shè)計自己的VGA控制器。我將為您提供一個Vivado項目，但我建議您至少嘗試自己嘗試一下。

大多數(shù)VGA端口不會為每個像素的每個顏色通道提供8位（參見上圖），因此您需要使設(shè)計適應(yīng)開發(fā)板提供的每種顏色的引腳數(shù)（盡管這對于HDMI來說不是問題）。

設(shè)計會將整個屏幕涂成藍色，除了左上方的像素將變?yōu)榧t色。應(yīng)當(dāng)指出，該項目使用了ZYBO董事會的約束條件。因此，如果要在另一個開發(fā)板上運行該項目，則應(yīng)更新約束文件并調(diào)整每種顏色的引腳數(shù)。

請看圖nr。 2.請記住，盡管我們的VGA控制器在每種顏色下輸出5/6位，但是在通過電纜之前，這些位會針對每種顏色通道（紅色，綠色和藍色）轉(zhuǎn)換為一個模擬信號。

第4步：輸出-HDMI控制器第1部分

現(xiàn)在，我們知道了VGA控制器的工作原理，并且我們有一個可行的設(shè)計，我們可以繼續(xù)使用HDMI控制器。 HDMI控制器實際上將使用我們在VGA控制器中開發(fā)的所有代碼。 HDMI和VGA使用相同的時序和相同的信號。差異出現(xiàn)在輸出引腳上。

雖然VGA每種顏色使用一根線并傳輸一條模擬信號，但HDMI每次每種顏色以1位數(shù)字方式傳輸數(shù)據(jù)并使用差分信號。差分信號意味著HDMI的每一位都有2個引腳，而另一個則相反。因此，如果我們要傳輸信號“ 1”，我們將在一根線上傳輸“ 1”，而在另一根線上傳輸“ 1”。這樣可以確保信號的完整性，您可以在https://goo.gl/6CPCzB上了解更多信息。對于每種顏色（紅色，綠色和藍色），我們都有一個通道，對于時鐘，我們有一個通道。由于差分信號的特殊性，我們通過HDMI發(fā)送的信號必須經(jīng)過DC平衡處理，這意味著1和0的數(shù)量必須在特定的時間范圍內(nèi)大致相等。為了實現(xiàn)這一點，我們將使用8b/10b編碼。您可以從DVI規(guī)范（http://goo.gl/hhh8Ge，DVI和HDMI使用相同的視頻信號）上了解很多有關(guān)差分信號和8b/10b編碼的工作原理。

第5步：輸出-HDMI控制器第2部分

足夠的理論，讓我們進入我們的項目。在VGA控制器中，我們獲得了148.5 MHz的時鐘，但是在這里，我們將不得不提供10倍的頻率，因為我們要為每種顏色傳輸8位，并使用8b/10b編碼轉(zhuǎn)換為每個像素10位和10 * 148.5MHz = 1485MHz。這是Zybo板上無法獲得的巨大頻率。幸運的是，我們掌握了一些技巧。我們可以管理5 * 148.5MHz = 742.5MHz，我們將使用OSERDES（串行器）IP在742.5Mhz時鐘的上升沿和下降沿都傳輸數(shù)據(jù)，因此實際上我們將以1485MHz傳輸數(shù)據(jù)。 Vivado會給我們一些時間警告，您可以始終使用較小的時鐘來獲得較低的分辨率，但是由于它可以正常工作，因此我們暫時不介意（警告與時鐘緩沖區(qū)未正式存在有關(guān)

因此，我們需要做的是將來自VGA控制器輸出的數(shù)據(jù)編碼為8b/10b格式，然后如上所述進行序列化。我們還需要在項目中添加另一個MMCM，以生成用于序列化的742.5MHz時鐘。

我在編碼器和序列化器的vhdl文件下面附加了該文件。您必須首先對RGB通道進行編碼，然后對其進行序列化。

紅色通道示例：

TMDS_encoder_RED：TMDS_encoder

端口圖（clk148，red_channel_8bits，c_red，video_on ，encode_red_10bits）;

Serialiser_RED：Serialiser10_1

端口映射（clk148，clk742，encoded_red_10bits，重置，red_serial_1bit）；

TMDS_encoder的“ c”輸入是紅色和綠色的“ 00”，藍色是“ vsync＆hsync”（這是DVI規(guī)范http://goo.gl/hhh8Ge）。

步驟6：從RAM顯示圖像

HDMI控制器的目的是顯示處理后的圖像。現(xiàn)在，在實現(xiàn)控制器并準備就緒后，我們應(yīng)該考慮為該控制器提供數(shù)據(jù)。鑒于很多圖像增強過程將在PS中進行（處理系統(tǒng)= ARM處理器），并且生成的圖像將駐留在DDR RAM中。因此，我們需要一種從RAM到HDMI控制器獲取數(shù)據(jù)的方法。

要實現(xiàn)此目的，您需要3個IP：

1）VDMA（視頻直接內(nèi)存訪問） ）

2）VTC（視頻定時控制器）

3）流到視頻輸出（從現(xiàn)在開始我們將其稱為S2VO）

S2VO實際上將提供輸出的RGB 24BIT信號以及所需的HSYNC和VSYNC信號。因此，我們可以省去HDMI控制器的那一部分。

您應(yīng)該將這些IP添加到設(shè)計中，進行配置并進行正確的連接。

最后，您應(yīng)該得到類似于

步驟7：輸出-SDK END

所有硬件均已設(shè)置好并準備就緒，我們現(xiàn)在必須在PS中構(gòu)建軟件。我們將導(dǎo)出硬件和比特流并啟動SDK。

1）文件-》導(dǎo)出-》導(dǎo)出硬件-》選中包括比特流，然后按確定

2）文件-》啟動SDK

在SDK中創(chuàng)建一個新的應(yīng)用程序項目。

3）文件-》新建-》應(yīng)用程序項目

4）為您的項目選擇一個名稱，然后按下一步

5）選擇“ Hello World”模板然后按Finish

SDK中的應(yīng)用程序?qū)⑿枰獙DMA進行編程。為了完成此操作，使用了一些標準功能（我會在有空的時候進行詳細介紹）。

為了測試我們的設(shè)計，我們將使用SDK Restore（Xilinx工具-》轉(zhuǎn)儲/還原） ）功能可將圖像放入DDR RAM內(nèi)存并使用我們的HDMI控制器顯示。您可以將圖像加載到所需的任何位置（內(nèi)存開頭的一些較小的受限區(qū)域除外）。在我們的示例中，我們選擇了地址16777216，文件大小為8294400 = 1920 * 1080 * 4（4個通道= RGB + alpha）。

責(zé)任編輯：wv