[米联客-XILINX-H3_CZ08_7100] FPGA程序设计基础实验连载-25 RGB转HDMI显示方案

news2024/9/20 10:41:58

软件版本：VIVADO2021.1

操作系统：WIN10 64bit

硬件平台：适用 XILINX A7/K7/Z7/ZU/KU 系列 FPGA

实验平台：米联客-MLK-H3-CZ08-7100开发板

板卡获取平台：https://milianke.tmall.com/

1概述

2系统框图

3顶层调用接口源码

3.1 PLL时钟设置

3.2 VTC参数设置

3.3 HDMI输出IP

4 FPGA工程

5下载演示

5.1硬件连接

5.2运行结果

1概述

本实验通过FPGA内部资源实现HDMI协议，使用HDMI直接驱动HDMI接口显示器,这是成本非常低廉的一种方案，可以实现HDMI输出1080P@60fps的视频图像。本实验需要用到前面课程中的VTC模块产生视频时序，以及TPG模块产生测试图形。关于VTC视频时序参数的设置，读者可以阅读前面VTC相关的课程内容。

2系统框图

3顶层调用接口源码

关于VTC ip 和TPG ip的源码在前文中已经给出，这里我们主要看下顶层调用接口以及PLL部分设置。

/*************HDMI 视频输出测试*************
--版本号1.1
--使用VTC产生视频时序
--使用TPG产生测试图像数据
--使用HDMI输出IP，把RGB数据转为HDMI数据输出
*********************************************************************/
`timescale 1ns / 1ns //仿真时间刻度/精度

module display
(
input  I_sysclk_p,
input  I_sysclk_n,       //系统时钟输入
output O_hdmi_clk_p,     //HDMI输出时钟P端
output O_hdmi_clk_n,     //HDMI输出时钟N端
output [2:0]O_hdmi_tx_p, //HDMI输出数据P端
output [2:0]O_hdmi_tx_n  //HDMI输出数据N端
);


wire I_clk;
IBUFGDS CLK_U(
.I(I_sysclk_p),
.IB(I_sysclk_n),
.O(I_clk)
);

wire vtc_rst,vtc_clk,vtc_vs,vtc_hs,vtc_de;//vid 视频相关信号
wire pclkx1,pclkx5,locked;//HDMI输出需要2个时钟，pclkx1是和内部视频同步的时钟，pclkx5是HDMI IP内部用于产生输出数据和输出时钟
wire [7 :0] rgb_r ,rgb_g ,rgb_b;// 定义寄存器保存图像的颜色数据
assign vtc_clk = pclkx1; // 内部像素时钟
assign vtc_rstn = locked; //用PLL 的LOCK信号复位

//MMCM/PLL时钟管理IP 输出 pclkx1和pclkx5以及locked信号
clk_wiz_0 clk_wiz0_inst(.clk_out1(pclkx1),.clk_out2(pclkx5),.locked(locked),.clk_in1(I_clk)); 

//例化HDMI输出IP，把TPG产生的测试图像经过HDMI输出
uihdmitx #
(
.FAMILY("7FAMILY")  //选择芯片所支持的系列"7FAMILY" "UFAMILY"     
)
uihdmitx_inst
(
.I_rstn(locked),//复位
.I_hs(vtc_hs), //hs信号
.I_vs(vtc_vs), //vs信号
.I_de(vtc_de),//de信号
.I_rgb({rgb_r,rgb_g,rgb_b}), //RGB数据
.I_pclkx1(pclkx1), //像素时钟
.I_pclkx2_5(1'b0), //2.5倍像素时钟，只有UFAMILY需要
.I_pclkx5(pclkx5), //5倍像素时钟
.O_hdmi_tx_clk_p(O_hdmi_clk_p), //HDMI时钟输出P端
.O_hdmi_tx_clk_n(O_hdmi_clk_n), //HDMI时钟输出N端
.O_hdmi_tx_p(O_hdmi_tx_p),      //HDMI输出数据P端
.O_hdmi_tx_n(O_hdmi_tx_n)       //HDMI输出数据N端
);

uivtc#
(
.H_ActiveSize(1280),          //视频时间参数,行视频信号，一行有效(需要显示的部分)像素所占的时钟数，一个时钟对应一个有效像素
.H_FrameSize(1280+88+44+239), //视频时间参数,行视频信号，一行视频信号总计占用的时钟数
.H_SyncStart(1280+88),        //视频时间参数,行同步开始，即多少时钟数后开始产生行同步信号 
.H_SyncEnd(1280+88+44),       //视频时间参数,行同步结束，即多少时钟数后停止产生行同步信号，之后就是行有效数据部分
.V_ActiveSize(720),           //视频时间参数,场视频信号，一帧图像所占用的有效(需要显示的部分)行数量，通常说的视频分辨率即H_ActiveSize*V_ActiveSize
.V_FrameSize(720+4+5+28),     //视频时间参数,场视频信号，一帧视频信号总计占用的行数量
.V_SyncStart(720+4),          //视频时间参数,场同步开始，即多少行数后开始产生场同步信号 
.V_SyncEnd (720+4+5)       //视频时间参数,场同步结束，即多少行数后停止产生场同步信号，之后就是场有效数据部分
)
uivtc_inst
(
.I_vtc_clk(vtc_clk),  //系统时钟 
.I_vtc_rstn(vtc_rstn),//系统复位
.O_vtc_vs(vtc_vs),    //场同步输出
.O_vtc_hs(vtc_hs),    //行同步输出
.O_vtc_de_valid(vtc_de),      //视频数据有效
.O_vtc_user(),     //满足stream时序产生 user 信号,用于帧同步
.O_vtc_last()      //满足stream时序产生 later 信号,用于每行结束
);

uitpg uitpg_inst    
(
.I_tpg_clk(vtc_clk),   //系统时钟
.I_tpg_rstn(vtc_rstn), //系统复位
.I_tpg_vs(vtc_vs),     //图像的vs信号
.I_tpg_hs(vtc_hs),     //图像的hs信号 
.I_tpg_de(vtc_de),     //de数据有效信号
.O_tpg_vs(),//和vtc_vs信号一样
.O_tpg_hs(),//和vtc_hs信号一样
.O_tpg_de(),//和vtc_de信号一样       
.O_tpg_data({rgb_r,rgb_g,rgb_b})//测试图像数据输出          
);

endmodule

以上源码中，关键有2个地方需要设置好

3.1 PLL时钟设置

对于PLL的设置需要产生1:5的时钟，对于演示demo中720P的设置如下：

3.2 VTC参数设置

关于VTC参数设置具体阅读前面课程video timing controller相关内容，这里针对75M的PCLK参数如下：

.H_ActiveSize(1280), 
.H_FrameSize(1280+88+44+239), 
.H_SyncStart(1280+88), 
.H_SyncEnd(1280+88+44),
.V_ActiveSize(720),
.V_FrameSize(720+4+5+28), 
.V_SyncStart(720+4),
.V_SyncEnd (720+4+5)

3.3 HDMI输出IP

为了能够输出测试图像，需要调用HDMI IP，这个IP是开源的。由于本文不计划对HDMI IP进行分析，这里只给出调用方法。

在参数接口中，输入”7FAMILY”代表支持7系列的FPGA,如果输入”UFAMILY”代表支持ultrascale或者ultrascale+的FPGA.

PCLKX1_i代表像素时钟；

PCLKX2_5_i代表2.5倍的像素时钟，这个时钟仅在使用ultrascale或者ultrascale+的FPGA.的时候需要配置；

PCLKX5_i代表5倍的像素时钟；

//例化HDMI输出IP，把TPG产生的测试图像经过HDMI输出
uihdmitx #
(
.FAMILY("7FAMILY")  //选择芯片所支持的系列"7FAMILY" "UFAMILY"     
)
uihdmitx_inst
(
.I_rstn(locked),//复位
.I_hs(vtc_hs), //hs信号
.I_vs(vtc_vs), //vs信号
.I_de(vtc_de),//de信号
.I_rgb({rgb_r,rgb_g,rgb_b}), //RGB数据
.I_pclkx1(pclkx1), //像素时钟
.I_pclkx2_5(1'b0), //2.5倍像素时钟，只有UFAMILY需要
.I_pclkx5(pclkx5), //5倍像素时钟
.O_hdmi_tx_clk_p(O_hdmi_clk_p), //HDMI时钟输出P端
.O_hdmi_tx_clk_n(O_hdmi_clk_n), //HDMI时钟输出N端
.O_hdmi_tx_p(O_hdmi_tx_p),      //HDMI输出数据P端
.O_hdmi_tx_n(O_hdmi_tx_n)       //HDMI输出数据N端
);
dmi_tx_n(O_hdmi_tx_n)       //HDMI输出数据N端
);