前陣子寫過(guò)一篇文章《如何才能半導(dǎo)體雪崩中活下來(lái)》，然后昨天任老爺子就發(fā)布了講話，即接下來(lái)是全球經(jīng)濟(jì)衰退期，為了保證度過(guò)未來(lái)三年的“經(jīng)濟(jì)”危機(jī)，縮減業(yè)務(wù)，核心聚焦，不再關(guān)注銷售額，而是現(xiàn)金流/利潤(rùn)為王。

為了活下來(lái)，我們可以躺平；我們需要臥薪嘗膽，既然不適合去轟轟烈烈趕一把，我們反而可以利用這段時(shí)間，臥薪嘗膽，好好學(xué)習(xí)。前陣子出差+工作耽擱了下，內(nèi)心無(wú)比愧疚，今天重新開(kāi)始學(xué)習(xí)分享FPGA知識(shí)，歡迎各位斧正。

拿來(lái)主義的好處就是，相對(duì)效率會(huì)更高一點(diǎn)，并且試錯(cuò)成本還低很多。那么在此感謝原廠FAE王奇搶先一步在我的開(kāi)發(fā)板商移植HDMI，讓我們?cè)谝嘴`思Ti60 FPGA上一睹為快。

易靈思鈦金系列FPGA Ti60F255的開(kāi)發(fā)板，出爐已經(jīng)有一些日子了，板載HDMI電路理論上是成熟的（別家FPGA上我驗(yàn)證過(guò)），但卻一直沒(méi)能擠出時(shí)間來(lái)移植一下HDMI 1.4的顯示方案，今天我們就來(lái)挑戰(zhàn)一下IO模擬1080P60，把易靈思Ti60 FPGA干到750MHz主頻！

這部分采用FPGA模擬的話，電路其實(shí)非常簡(jiǎn)單，加了EMC芯片后的原理圖如下所示。

HDMI 采用和 DVI 相同的傳輸原理——TMDS最小化傳輸差分信號(hào)。TMDS 傳輸系統(tǒng)分為兩個(gè)部分：發(fā)送端和接收端。TMDS 發(fā)送端收到HDMI 接口傳來(lái)的24bit RGB信號(hào)，然后對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼和并/串轉(zhuǎn)換，再將RGB 信號(hào)的數(shù)據(jù)分別分配到獨(dú)立的傳輸通道發(fā)送出去。接收端接收來(lái)自發(fā)送端的串行信號(hào)，對(duì)其進(jìn)行解碼和串/并轉(zhuǎn)換，然后發(fā)送到顯示器的控制端；與此同時(shí)也接收時(shí)鐘信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)同步。

網(wǎng)上很多FPGA模擬HDMI PHY的設(shè)計(jì)，可參見(jiàn)https://zhuanlan.zhihu.com/p/435937460。其中以Digilent的HDMI IP最為常見(jiàn)，其采用VHDL模擬TMDS，用FPGA實(shí)現(xiàn)HDMI的收發(fā)，節(jié)省了外部PHY芯片的成本（https://github.com/Digilent/vivado-library）。

Digilent HDMI IP方案，后來(lái)很多朋友其他平臺(tái)上都有移植，我也在Xilinx和安路上都有移植測(cè)到過(guò)，其采用VHDL實(shí)現(xiàn)，稍微有點(diǎn)復(fù)雜。不過(guò)今天我將在FAE王奇的基礎(chǔ)上，消化吸收另一個(gè)HDMI tx ip（采用Verilog編寫，結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單），在易靈思Ti60 FPGA挑戰(zhàn)下1080P60（其實(shí)主頻主要還是看收發(fā)器的速率）。這里也感謝這個(gè)HDMI IP創(chuàng)作者的勞動(dòng)果實(shí)，Verilog Header如下：

給出目前的框圖，如下所示，外部輸入25M，由Interface的PLL生成150/750MHz（離開(kāi)148.5MHz有點(diǎn)偏差也沒(méi)關(guān)系），hdmi_ip接收前面測(cè)試的RGB數(shù)據(jù)后，模擬HDMI協(xié)議發(fā)送給外部，在顯示器上顯示。由于TMDS用10bit編碼，F(xiàn)PGA采用DDR模式進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送，因此當(dāng)串行時(shí)鐘是像素時(shí)鐘的10/2=5倍。

我們?cè)贗nterface中配置PLL，這里輸入25M，輸出150+750MHz，如下圖所示：

另外，這里的關(guān)鍵是我們采用易靈思的Double Data IO，配置如下，這里將hdmi_tx_data和hdmi_tx_clk都打開(kāi)了resync模式：

查詢Efinity help文檔，可以看到DDIO的Resync Mode，用戶在Clock下降沿輸入OUT0+OUT1，GPIO在上升沿輸出OUT0，在Clock下降沿輸出OUT1，從而達(dá)到了倍頻的目的（這里的HI就是OUT0，LO就是OUT1）。

那么在代碼中，我們需要驅(qū)動(dòng)GPIO DDIO前的HI與LO，我們的頂層代碼如下：

這部分通過(guò)serdes_4b_10to1.v文件編碼輸出，相關(guān)代碼如下所示：

最后，采用Efinity進(jìn)行綜合，上圖中的邏輯跑到了750MHz，DDIO實(shí)現(xiàn)了1.5Gbps的帶寬。DDIO 1.5Gbps已經(jīng)是易靈思的瓶頸了，雖然時(shí)序有一點(diǎn)小違例（150M到750M跨時(shí)鐘域部分電路），但是HDMI 1080P60已經(jīng)成功顯示，如下所示（盜用8年前的圖，懶得拍）。

本來(lái)打算移植LVDS模式，但是頻率上不去，目前懷疑HDMI電路還得加上拉電阻，當(dāng)前版本省略了，以后有機(jī)會(huì)再試試。下一步，上T35移植HDMI測(cè)試一下能跑到多少頻率，至少應(yīng)該能跑720P吧？

審核編輯 ：李倩