【FPGA】HDMI通信协议解析及FPGA实现_hdmi fpga

原语：英文名称Primitive，是Xilinx针对其器件特征开发的一系列常用模块名称，涵盖了FPGA开发过程中的常用领域，方便用户直接调用FPGA的底层组件。以Xilinx为例，共分为10类：计算组件、IO端口组件、寄存器/锁存器、时钟组件、处理器组件、移位寄存器、配置和检测组件、RAM/ROM组件、Slice/CLB组件以及G-tranceiver。可以将原语理解为一段特殊的代码。实际上，调用原语是在实例化某个Xilinx的内置模块。
  原语的好处在于原语可以之间看作为“库函数”，可以直接例化调用，比创建IP要更加方便，功能也更全面，可以有效提高开发效率。

2.2 原语：IO端口组件

IO端口组件是Xilinx的一类原语。IO组件中一共包含了21个原语，对应21个功能。在本次实验中主要采用并转串OSERDES和单端转差分OBUFDS两个原语。

  IO组件的结构如下图所示。图中IDELAYE2和ODELAYE2分别是输入延迟和输出延迟，主要作用是为了解决高速信号传输中信号线可能不等长的问题（等待最长的一根线数据到来后再读取数据）。ILOGICE2和OLOGICE2中主要包含了IDDR和ODDR的资源，用于双边沿取样。ISERDESE2的作用是将单端输入的串行数据转换为并行数据，OSERDESE2的作用是将并行数据转换为单端串行数据输出。

达芬奇使用的FPGA芯片为A7系列，其中没有HPBANK，所以没有ODELAYE2。ZYNQ也只有7030以上系列才有HPBANK，所以一般使用的FPGA芯片是没有ODELAYE2的。

2.3 IOB 输入输出缓冲区

IOB的结构如下所示，在本次实验中它主要完成单端转差分的操作。因为差分信号至少需要两条线，所以一个IOB是无法完成的，至少需要两个IOB才能完成这个功能。

2.4 并转串原语OSERDESE2

2.4.1 OSERDESE2 工作原理

对于一个并行数据，要想把它转换为串行数据有以下两种做法：

1. 一个时钟周期内有10bit数据，将该时钟作10倍频，倍频后的时钟每一个周期存放一个数据。这种做法易于理解，但是最大的问题是将时钟进行10倍频后芯片以及外部设备可能不支持这样高的频率。
2. 一个时钟周期内有10bit数据，将该时钟作5倍频，倍频后的时钟的上升沿和下降沿都进行数据转换输出，即DDR双边沿采样。这样可以有效缓解倍频给时钟带来的压力。

OSERDESE2的结构如下图所示。该组件可以分成三部分，上面的TCE，TBYTEIN和一部分电路组成三态控制；中间的CLK、CLKIDIV、RST组成时钟控制部分，CLK为快速时钟（5倍频），CLKDIV是低速时钟（1倍频）；下