HDMI数据的接收发送实验（四）

一、          概况

本章节讲述HDMI接口的芯片介绍，以及HDMI接口的热插拔工作原理。

二、          EagleGT开发板的HDMI输入接口详情

如图，开发板上的JH2端口端口是HDMI输入端口。外部的视频图像可以通过该端口传输到FPGA开发板上，进而实现各种数字图像处理操作。

图1

  该输入端口输入的信号经过AD8195芯片连接到FPGA芯片上。AD8195是ADI生产的一款HDMI/DVI缓存芯片。具有1个输入，一个输出HDMI/DVI端口，4对4TMDS通道，用于视频的三对数据差分对信号和一对时钟差分对信号的传输。支持250Mbps到2.25Gbps数据速率，支持25MHz到225MHz像素时钟。具有预加重使能输出。双向缓冲DDC线路(SDA和SCL)。带集成上拉电阻（27kΩ）的双向缓冲CEC线。由5V HDMI输入连接器独立供电。该芯片可用作高级电视机前面板缓冲器。

图2

信号输入输出端口定义如下表：

标准的hdmi接口模块如下图所示：

图3

DDC（Display Data Channel）通道用于HDMI发送和接收端之间交换一些配置信息。发送端通过DDC通道，读取接收端保存在EEPROM中的EDID数据，获取接收端 的信息，确认接收端终端显示的设置和功能，决定跟接收端之间以什么格式传输音视频数据。

CEC（Consumer Electronics Control）通道是可选通道。通过CEC通道，可以实现一些音视频设备间的高级控制功能，比如支持视频源和数字电视间的双向通信，实现单键按下同时开机、自动上电、自动信号路由、远程控制等功能。

HDMI输入端口中DDC(Display Data Channel)的数据（CON_RX_SDA）和时钟（CON_RX_SCL）端口连接到EEPROM芯片上，通过IIC协议来读取储存在芯片里的显示器信息(EDID编码信息，如分辨率、扫描频率等)。CON_RX_SDA和CON_RX_SCL端口通过电阻上拉到5.0V。该芯片不仅可以通过HDMI的DDC通道来读写信息，同时由于CON_RX_SDA和CON_RX_SCL端口也连接到AD8195芯片的双向缓冲DDC线路(SDA和SCL)端口，故也可以通过FPGA端的HMDL_RX_SDA和HMDL_RX_SCL端口来对该EEPROM进行读写操作。

在实际应用中，首先通过FPGA端的HMDL_RX_SDA和HMDL_RX_SCL信号来对该EEPROM芯片写入预设的EDID参数。然后在图像数据输入后，HDMI主机读取储存在EEPROM里面的EDID参数，来确定FPGA从机可以接受的视频信息（如分辨率、扫描频率等），进而将图像数据传输到FPGA端。

图4

图5

HMDL_RX_TXEN信号连接到AD8195的TX_EN端口，TX_EN用于控制AD8195的输出使能，当TX_EN=0时，AD8195的输出禁用，当TX_EN=1时，AD8195的输出启用。

图6

图7

HMDL_RX_HPA是HDMI的热插拔检测信号使能端口。5V0_RX是HDMI由HDMI提供，当HDMI接口插入JP2端口后，且HMDL_RX_HPA=1时，RX_HPD输出高电平，同时led灯V5点亮。RX_HPD信号接到HDMI端口的19号引脚，该引脚的功能是热插拔检测（Hot Plug Detect，HPD）。

三、    热插拔工作原理

1、当计算机通过HDMI接口与显示器相连接时，主机通过HDMI的第18脚（PWR_CON_PIN18）将＋5V电压加到显示器的DDC存储器（EDID数据存储器）向DDC存储器供电，确保即使显示器不开机，计算机主机也能通过HDMI接口读取EDID数据。

2、当显示器检测到稳定的5V电压信号后，会把HPD信号拉高（HPD也是由主机的18脚的5V信号产生的，也就是说在显示器断电的情况下HPD信号也会拉高)。

3、主机（显卡控制器）检测到HPD为高电平时，判断显示器通过HDMI与主机连接，并通过HDMI接口的第15、16脚 DDC通道（I2C）读取显示器中的EDID数据，

4、通过读取EDID,如果检测到显示器的工作模式范围与显卡相适应，则使主机显卡中的TMDS信号发送电路开始工作。

5、计算机主机对HPD信号的要求 ：

当计算机主机上的显卡检测到DVI接口HPD引脚电压大于2V时，判断为显示器通过DVI接口与主机连接：当检测到HPD引脚电压小于0.8V时，则判断为显示器与主机之间的DVI连接已经断开

6、如果EDID内容发生改变，HDMI规范要求接收设备/中继设备复位HPD信号至少100us，以便源设备重新读取EDID信息。(这在处理中要注意)。

HPD信号由HDMI接收端提供，HDMI输出端读取并检测。

图8

在eaglegt开发板上，热插拔信号的生成如上图所示，HMDL_RX_PHA是由fpga端控制的，RX_HPD连接到hdmi接收端的19端口（热插拔检测端口）。5VD_RX是由hdmi发送端通过hdmi线缆提供的。

当HMDL_RX_PHA=1，并且hdmi线缆连接到开发板上的hdmi接收端时，由于使用的FDV301N是NMOS，当vgs=1时，nmos导通，当vgs=0时，nmos不导通，故此时QH4导通，QH3不导通，RX_HPD输出为高电平，QH2导通，QH2的3号端口为低电平，故led灯V5亮。

在实际的工程中，开始上电时，我们可以先将HMDL_RX_PHA置低，再延时1秒后将HMDL_RX_PHA再置高，同时在波形采集中以HDMI_RX_SCL的下降沿为触发条件，采集hdmi发送端的DDC通道的波形。

四、          总结

本章节对HDMI数据的接收端口，以及AD8195芯片进行了详细的说明。接下来我们会使用DDC通道来对HDMI发送和接收端之间交换一些配置信息。发送端通过DDC通道，读取接收端保存在EEPROM中的EDID数据，获取接收端的信息，确认接收端终端显示的设置和功能，决定跟接收端之间以什么格式传输音视频数据。

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