基于FPGA的DVI/HDMI接口實(shí)現(xiàn)

HDMI鏈路有三種工作周期：視頻數(shù)據(jù)周期、數(shù)據(jù)隔離周期和控制周期。它在視頻數(shù)據(jù)周期傳送有效的視頻，在數(shù)據(jù)隔離周期傳輸音頻和輔助數(shù)據(jù)，傳輸時(shí)使用了一系列的數(shù)據(jù)包。在任何視頻或數(shù)據(jù)周期之間，需要有控制周期。每個(gè)視頻數(shù)據(jù)周期開始時(shí)，有一個(gè)緊隨護(hù)帶的前同步信號(hào)，針對(duì)從控制周期到視頻周期的過渡，提供了非常穩(wěn)定的指示。前同步是8個(gè)連續(xù)的預(yù)定義字符(10'b1101010100 ， 10'b0010101011 ， 10'b0101010100 ，和10'b1010101011)，護(hù)帶是針對(duì)每個(gè)通道的2個(gè)連續(xù)的獨(dú)特字符(通道1 ： 10b1011001100 ;通道2 ： 10b0100110011 ;通道3 ： 10b1011001100)。

圖2：HDMI接收器使用前同步信號(hào)和一個(gè)護(hù)帶來同步輸入的數(shù)據(jù)。

使用DVI/HDMI實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)

DVI和HDMI的發(fā)送和接收接口通常用ASSP來實(shí)現(xiàn)。本文提出了一種采用FPGA的替代解決方案。采用FPGA實(shí)現(xiàn)DVI/HDMI接口具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)FPGA技術(shù)使得設(shè)計(jì)人員可以將ASSP串行/解串器(SERDES)與后端定制的特殊設(shè)計(jì)功能集成在一起，以節(jié)省電路板面積。

(2)通過盡可能少地使用元器件、降低成本和功耗來增加設(shè)計(jì)的可靠性。

(3)讓設(shè)計(jì)者利用最新的技術(shù)，受益于先進(jìn)的工藝技術(shù)。該標(biāo)準(zhǔn)在1999年批準(zhǔn)后不久，開發(fā)了大量的離散DVI接口器件。由于這種制造技術(shù)是成熟的(主要是0.18微米)，因此更加昂貴。

(4) FPGA擁有寬的溫度選擇范圍，具有針對(duì)工業(yè)和汽車的產(chǎn)品，而大多數(shù)離散的DVI和HDMI接口器件是專為消費(fèi)市場(chǎng)而設(shè)計(jì)，往往只能在商業(yè)溫度范圍內(nèi)工作。因此，對(duì)于在工業(yè)和汽車應(yīng)用方面的嵌入式設(shè)計(jì)，這可能會(huì)是一個(gè)問題。

(5)FPGA設(shè)計(jì)是可移植的，使人們關(guān)注的產(chǎn)品使用壽命得到最大限度延長(zhǎng)。大多數(shù)DVI器件是針對(duì)基于PC的應(yīng)用，通常這些接口適合進(jìn)一步集成至其他的ASSP。這種情況發(fā)生時(shí)，這些分立器件或許不再可用，因?yàn)橹圃焐炭赡苤辉敢鉃閭€(gè)人電腦市場(chǎng)提供服務(wù)。

所有這些因素使得FPGA解決方案更具有吸引力，而且這也是最前沿的技術(shù)。FPGA已被證明是一種有效的解決方案，它能夠集成多種功能、縮短產(chǎn)品的上市時(shí)間并降低總的成本。此外，F(xiàn)PGA通常有很寬的溫度范圍，并有很長(zhǎng)的產(chǎn)品生命周期。

針對(duì)ECP2M和ECP3器件系列，萊迪思(Lattice)半導(dǎo)體公司最近推出了DVI/HDMI接口的參考設(shè)計(jì)。萊迪思半導(dǎo)體公司的ECP2M和ECP3系列是集成了SERDES的低功耗、低成本FPGA，擁有很寬的溫度范圍。這些器件具有高達(dá)16個(gè)通道的SERDES，可處理250Mbps～3.125Gbs的數(shù)據(jù)速率，且無過采樣情況。DVI/HDMI是ECP2M和ECP3系列支持的模式之一，能夠?qū)崿F(xiàn)這個(gè)設(shè)計(jì)是因?yàn)槿R迪思已對(duì)T M D S信號(hào)傳輸構(gòu)建了一個(gè)獨(dú)特的接口。在DVI/HDMI電纜中， T M D S信號(hào)是有一個(gè)外部時(shí)鐘的源同步信號(hào)。萊迪思已開發(fā)出一種技術(shù)，利用ECP2M或ECP3中內(nèi)置的SERDES恢復(fù)并產(chǎn)生針對(duì)T M D S的合適的數(shù)據(jù)和格式。這種實(shí)現(xiàn)是可能的，因?yàn)閮?nèi)置的SERDES有250Mb/s到3.2Gbp/s的寬動(dòng)態(tài)范圍。

萊迪思的DVI/HDMI參考設(shè)計(jì)集成了發(fā)送和接收功能，使得用單芯片解決方案能夠?qū)崿F(xiàn)一些有趣的應(yīng)用程序。例如，可以針對(duì)設(shè)計(jì)使用傳輸方向，從原來的7:1 LVDS顯示驅(qū)動(dòng)器轉(zhuǎn)換至DVI。在接收端，用接收到的HDMI數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)一個(gè)HDMI擴(kuò)展器，然后將它格式化并通過另一種接口(如光纖或CAT5)送出。另一種應(yīng)用是HD-SDI到DVI的轉(zhuǎn)換，或反之亦然。針對(duì)圖形疊加、畫中畫和分屏應(yīng)用，HDCP協(xié)議的許可證可以進(jìn)一步處理和管理音頻和視頻數(shù)據(jù)流。