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1. 實驗簡介

實驗目的：

? ? ??完成 HDMI 回環實驗

實驗環境：

? ? ? Window11

? ? ? PDS2022.2-SP6.4

硬件環境：

? ? ??MES2L676-100HP

2. 實驗原理

? ? ??HDMI 輸入接口采用宏晶微 MS7200 HMDI 接收芯片，HDMI 輸出接口采用宏晶微 MS7210 HMDI 發送芯片。 芯片兼容 HDMI1.4b 及以下標準視頻的 3D 傳輸格式，最高分辨率高達 4K@30Hz，最高采樣率達到 300MHz， 支持 YUV 和 RGB 之間的色彩空間轉換，數字接口支持 YUV 及 RGB 格式。

? ? ??MS7200 和 MS7210 的 IIC 配置接口與 FPGA 的 IO 相連，通過 FPGA 的編程來對芯片進行初始化和配置操作。

? ? ??MES2L100HP 開發板上將 MS7200 的 SA 管腳下拉到地，故 IIC 的 ID 地址為 0x56，將 MS7210 的 SA 管腳 上拉到電源電壓，故 IIC 的 ID 地址為 0xB2。

2.1. 顯示原理

? ? ??下圖表示一個 8*8 像素的畫面，圖中每個格子表示一個像素點，顯示圖像時像素點快速點亮的過程按表格中 編號的順序逐個點亮，從左到右，從上到下，按圖中箭頭方向的“Z”字形順序。

?

? ? ??以上圖為例，每行 8 個像素點，每完成一行信號的傳輸，會轉到下一行信號傳輸，直到完成第 8 行數據的傳輸， 就完成了一個畫面的數據傳輸了，一個畫面也稱為一場或一幀，顯示每秒中刷新的幀數稱為幀率。比如 1920*1080P 像素，就是 1 行有效像素點 1920，一場有效行為 1080 行。

? ? ??每個像素點的像素值數據，對應每個像素點的顏色。常見的像素值表示格式比如：RGB888，RGB 分別代表： 紅 R,綠 G，藍 B，888 是指 R、G、B 分別有 8bit，也就是 R、G、B 每一色光有 28=256 級階調，通過 RGB 三色光的 不同組合，一個像素上最多可顯示 24 位的 256*256*256 =16,777,216 色。

? ? ??HDMI 顯示的數據源采用 verilog 編寫的顯示時序產生模塊 sync_vg 實現上圖的時序，彩條生成模塊 pattern_vg 根據像素點所在位置，即列數和行數確定像素值，實現彩條圖案。

2.2. HDMI_PHY 配置

? ? ??MS7200 為 HMDI 接收芯片，MS7210 為 HMDI 發送芯片，芯片的 IIC 配置接口已與 FPGA 的 IO 相連，芯片 正常使用需要通過 FPGA 的對芯片進行初始化和配置操作。寄存器配置切忌修改。具體配置可以參考 demo。

3. 接口列表

頂層模塊接口如下所示：

4. 工程說明

? ? ??系統時鐘 sys_clk 通過 pll 鎖相環 IP 分出 cfg_clk 給到 ms72xx_ctl 模塊，該模塊通過 IIC 配置 MS7200 與 MS7210 芯片。HDMI 輸入的數據經過 MS7200 芯片解碼后轉成標準 RGB 格式的數據輸入到 FPGA 中。再將該數 據輸出到 MS7210 芯片。MS7210 將 RGB 格式的數據編碼成 TMDS 信號對外輸出。

5. 代碼模塊說明

Ms72xx_ctl.v 模塊

module ms72xx_ctl(input clk,input rst_n,output init_over,output iic_tx_scl,inout iic_tx_sda,output iic_scl,inout iic_sda
);reg rstn_temp1, rstn_temp2;reg rstn;always @(posedge clk or negedge rst_n) beginif (!rst_n)rstn_temp1 <= 1'b0;elserstn_temp1 <= rst_n;endalways @(posedge clk) beginrstn_temp2 <= rstn_temp1;rstn <= rstn_temp2;endwire init_over_rx;wire [7:0] device_id_rx;wire iic_trig_rx;wire w_r_rx;wire [15:0] addr_rx /*synthesis PAP_MARK_DEBUG="true"*/;wire [7:0] data_in_rx;wire busy_rx;wire [7:0] data_out_rx;wire byte_over_rx;wire [7:0] device_id_tx;wire iic_trig_tx;wire w_r_tx;wire [15:0] addr_tx /*synthesis PAP_MARK_DEBUG="true"*/;wire [7:0] data_in_tx;wire busy_tx;wire [7:0] data_out_tx;wire byte_over_tx;ms7200_ctl ms7200_ctl(.clk      (clk),           // input.rstn     (rstn),          // input.init_over(init_over_rx),  // output reg.device_id(device_id_rx),  // output [7:0].iic_trig (iic_trig_rx),   // output reg.w_r      (w_r_rx),       // output reg.addr     (addr_rx),       // output reg [15:0].data_in  (data_in_rx),    // output reg [7:0].busy     (busy_rx),       // input.data_out (data_out_rx),   // input [7:0].byte_over(byte_over_rx)   // input);ms7210_ctl ms7210_ctl(.clk      (clk),           // input.rstn     (init_over_rx),  // input.init_over(init_over),     // output reg.device_id(device_id_tx), // output [7:0].iic_trig (iic_trig_tx),  // output reg.w_r      (w_r_tx),       // output reg.addr     (addr_tx),      // output reg [15:0].data_in  (data_in_tx),   // output reg [7:0].busy     (busy_tx),      // input.data_out (data_out_tx),  // input [7:0].byte_over(byte_over_tx)  // input);wire sda_in     /*synthesis PAP_MARK_DEBUG="true"*/;wire sda_out    /*synthesis PAP_MARK_DEBUG="true"*/;wire sda_out_en /*synthesis PAP_MARK_DEBUG="true"*/;iic_dri #(.CLK_FRE    (27'd10_000_000),  // system clock frequency.IIC_FREQ   (20'd400_000),     // I2c clock frequency.T_WR       (10'd1),           // I2c transmit delay ms.ADDR_BYTE  (2'd2),            // I2C addr byte number.LEN_WIDTH  (8'd3),            // I2C transmit byte width.DATA_BYTE  (2'd1)             // I2C data byte number) iic_dri_rx (.clk        (clk),.rstn       (rstn),.device_id  (device_id_rx),.pluse      (iic_trig_rx),     // I2C transmit trigger.w_r        (w_r_rx),         // I2C transmit direction 1:send 0:receive.byte_len   (4'd1),            // I2C transmit data byte length.addr       (addr_rx),         // I2C transmit addr.data_in    (data_in_rx),      // I2C send data.busy       (busy_rx),         // I2C bus status.byte_over  (byte_over_rx),    // I2C byte transmit over flag.data_out   (data_out_rx),     // I2C receive data.scl        (iic_scl),.sda_in     (sda_in),.sda_out    (sda_out),.sda_out_en (sda_out_en));assign iic_sda = sda_out_en ? sda_out : 1'bz;assign sda_in = iic_sda;wire sda_tx_in     /*synthesis PAP_MARK_DEBUG="true"*/;wire sda_tx_out    /*synthesis PAP_MARK_DEBUG="true"*/;wire sda_tx_out_en /*synthesis PAP_MARK_DEBUG="true"*/;iic_dri #(.CLK_FRE    (27'd10_000_000),  // system clock frequency.IIC_FREQ   (20'd400_000),     // I2c clock frequency.T_WR       (10'd1),           // I2c transmit delay ms.ADDR_BYTE  (2'd2),            // I2C addr byte number.LEN_WIDTH  (8'd3),            // I2C transmit byte width.DATA_BYTE  (2'd1)             // I2C data byte number) iic_dri_tx (.clk        (clk),.rstn       (rstn),.device_id  (device_id_tx),.pluse      (iic_trig_tx),     // I2C transmit trigger.w_r        (w_r_tx),          // I2C transmit direction 1:send 0:receive.byte_len   (4'd1),            // I2C transmit data byte length.addr       (addr_tx),         // I2C transmit addr.data_in    (data_in_tx),      // I2C send data.busy       (busy_tx),         // I2C bus status.byte_over  (byte_over_tx),    // I2C byte transmit over flag.data_out   (data_out_tx),     // I2C receive data.scl        (iic_tx_scl),.sda_in     (sda_tx_in),.sda_out    (sda_tx_out),.sda_out_en (sda_tx_out_en));assign iic_tx_sda = sda_tx_out_en ? sda_tx_out : 1'bz;assign sda_tx_in = iic_tx_sda;endmodule

? ? ??該模塊主要完成對 ms7210 和 ms7200 芯片的 IIC 配置。具體代碼不詳細分析，按照 IIC 協議去完成即可， 然后就是配置 ms7210 和 ms7200 的寄存器即可。以下給出 IIC 協議的時序說明，如下圖所示：

? ? ??當 SDA 和 SCL 都處于高電平時，表示空閑狀態，因此在硬件設計時其實也要通過上拉電阻將信號拉高，表示 空閑。當 SCL 保持高電平時，SDA 拉低時表示 IIC 總線啟動，標志一次數據傳輸的開始，在開始前，IIC 總線必須處 于空閑狀態。在數據傳輸過程中，SDA 上逐位串行傳輸每一位數據，在 SCL 高電平期間，SDA 必須保持穩定。當 SCL 為低電平時，SDA 才允許改變。

? ? ??IIC 總線每次傳輸一個字節，也就是傳輸 8 個 bit，每 8bit 后要收到一個來自接收方反饋的 ACK(應答信號)， 該應答信號為高電平時，表示接收方接收字節失敗。為低電平時，表示有效。之后，在 SCL 高電平期間，SDA 重新 拉高，則表示傳輸結束，IIC 總線回到空閑狀態。

6. 實驗現象

連接好 MES2L100HP 開發板、視頻源和顯示器；

? ? ? 注意視頻源必須為 1920*1080P@60，下圖為設置分辨率步驟，下載程序，可以看到顯示器顯示與視頻源一致的圖像。

? ? ? 上圖為 FPGA 的 HDMI_OUT 輸出的圖像。

? ? ? 注意事項：

? ? ? 需要插上 HDMI 接口，板子上電時才會對 HDMI 芯片進行配置，否則將配置失敗。

? ? ? 我們對 HDMI 芯片配置時使用的是 RGB888 協議，如果視頻源的顏色格式不是 RGB888，會出現一些問題。 如上圖，視頻源的顏色格式是 YCbCr444，回環實驗中，在顯示器上顯示視頻源的畫面，顯示器上的畫面顏色會偏綠。