基于FPGA的GV7600驱动控制器设计，按照BT1120协议传输YCbCr数据

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基于FPGA的GV7600驱动最近项目上用到FPGA驱动GV7600输出SDI信号，输出分辨率1920*1080p，首先，了解GV7600芯片的特性功能，按照bt1120协议传输10位Y，Cb，Cr数据；其次，我的项目中用的是10位通道分时复用传输Y，Cb，Cr数据；配置引脚很重要，当初verilog代码写好了，因为硬件引脚配置错误，导致调试一直不通；同时，sof文件也要一直更新，根据10bit HD模式，在硬件pcb 阅读详情

AI摘要

介绍基于FPGA的GV7600驱动控制器设计，实现10bit SDI高清信号输出，涵盖模块功能、行为描述与时序说明。重点讨论了BT1120协议下的1080p分辨率数据传输。

一、基于FPGA的GV7600驱动控制器设计，按照BT1120协议传输YCbCr数据

二、模块名称

SDI Data Interface

三、模块输入输出端口定义(interface)

PCB板号：176-A-1，根据10bit HD模式，在硬件pcb上配置如下4个引脚（红色字体）

信号名称	信号属性	信号说明
Sys_clk	input	系统时钟：30 MHz
Pclk	output	锁相环输出给GV7600时钟：148.5MHZ
Reset	output	GV7600低电平复位1.8ms
Sdi_data	output	输出数据给GV7600

DETECT_TRS	硬件拉高	将H:V:F timing信号嵌入到并行输入数据流
656_BYPASS	硬件拉高	选择video模式
20BIT/10BIT	硬件拉低	选择输入10bit数据位数
RATE_SEL0	硬件拉低	根据分辨率要求

四、模块功能(functions)

根据项目需求，通过FPGA驱动GV7600输出SDI信号

五、模块行为描述(behavior descriptions)

顶层模块：端口定义

(输入：Sys_clk，

输出：Pclk，Sdi_data，Reset)；

驱动模块：端口定义

（输入：Clk，Sys_rstn，BT1120_data_out，

输出：Pclk，Sdi_data，Reset，）；

BT1120模块：端口定义

（输入：Clk，Sys_rstn，

输出：BT1120_data_out，）；

PLL调用模块：端口定义

（输入：Sys_clk，

输出：c0，locked，）；

模块分为4个子模块：1.顶层模块：做例化；2.驱动模块：驱动GV7600芯片，FPGA输出GV7600复位，时钟和数据信号；3. BT1120模块：按照BT1120协议传输数据；4.锁相环调用模块：输出148.5Mhz时钟（根据分辨率决定时钟频率）；

图1 SDI接口流程图

六、时序说明图(diagrams)

图2 10bit复用 SDI接口时序

根据《GV7600-SDI并转串datasheet》，FPGA主要实现驱动GV7600功能，具体需求如下：

选择模式：10-bit data input HD format <文档P30>

选择分辨率：1920*1080，1080p/30Hz Format <文档P36>

七、注意事项

FPGA内部通过锁相环倍频输出给GV7600 148.5MHz时钟；
注意选择10bit模式和输入数据位宽
特别注意有效像素点开始数值（参考bt1120文档(P12)：数据流定时规范）
GV7600低电平复位：1.8ms；
在1080p分辨率下：VIDEO_START=559/560画面正常，561画面立刻抖动；在720p分辨率下：VIDEO_START=4039/ 4040画面正常，4041画面立刻抖动

1080p

	20位	10位复用
并行数据流中的数字行	2200	4400
并行数据流中的数字行消隐	4+272+4	8+544+8
并行数据流中的有效行	1920	3840

10bit

552	553	554	555	556	557	558	559
SAV0	SAV1	SAV2	SAV3	SAV4	SAV5	SAV6	SAV7

`ifdef BT1120_1080P_30HZ

parameter ROW_MAX = 1124; //每场总计行数

parameter COL_MAX = 4399; //每行总计像素点数

parameter ROW_BLACK_S = 41; //开始场有效

parameter ROW_BLACK_E = 1121; //开始场消隐

parameter SAV_COL = 552; //276*2

parameter BLANK_START = 7; //开始272*2=544个消隐区域

parameter SAV_START = 551; //开始4*2=8个SAV定时基准码

parameter VIDEO_START = 559; //开始每行有效像素点区域，560也可以正常显示图像

parameter EAV_START = 4399; //开始4*2=8个EAV定时基准码

parameter DATA_CNT = 1919; //每行有效像素点

parameter VCNT_SUM = 1079; //每场有效行

`endif

八、参考文献及代码

文档一：ITU-R BT.1120-7 建议书
高清晰度电视演播室信号数字接（https://wenku.baidu.com/view/920afe2d2af90242a895e501.html）

文档二：SMPTE STANDARD for Television — 1280 × 720 Progressive Image Sample Structure — Analog and Digital Representation and Analog Interface（https://wenku.baidu.com/view/8de63ec22cc58bd63186bd93.html）

文档三：GV7600 Aviia™ Transmitter 芯片手册（http://www.doc88.com/p-2456927070001.html）

附核心模块代码（通过BT1120协议将YCbCr转换SDI输出）

// BT1120 Encoder
//****************************************************************//
//Company :		##
//Author : 		MZH
//Version :	    1.0
//Data of Creation :2017/05/22 
//****************************************************************//
//BT1120 EAV, SAV Description
//BIT6:F ODD EVEN Sign	(ODD=0)
//BIT5:V FIELD BLANKING Sign (1=BLANKING)
//BIT4:H EAV SAV Sign	(1=EAV)
//BIT3-0 CRC BIT3=V(XOR)H；BIT2=F(XOR)H；BIT1=F(XOR)V；BIT0=F(XOR)V(XOR)H
//
//Bit7	 		Bit6	  Bit5	  	  Bit4			Bit3-0(P3P2P1P0)			Hex		Description
//	1			0			0			0				0000					0x80	Odd,Active,SAV		10'h200
//	1			0			0			1				1101					0x9d	Odd,Active,EAV		10'h274
//	1			0			1			0				1011					0xab	Odd,Blank, SAV		10'h2AC
//	1			0			1			1				0110					0xb6	Odd,Blank, EAV		10'h2d8
 
//
// Every line(4400Bytes):
//						 EAV(8Bytes:3FF 3FF 000 000 000 000 XYZ XYZ) 
//						 LineBlanking(560Bytes: 80 10 80 10....)
//						 SAV(8Bytes:3FF 3FF 000 000 000 000 XYZ XYZ) 
//						 ActiveVideo(3840Bytes:Cb0 Y0 Cr0 Y1 Cb2 Y2 Cr2 Y3 Cb4 Y4 Cr4 Y5 .... Cb1918 Y1918 Cr1918 Y1919 )
//
// Every Field = 1125Lines
//	Line 0 - 40:odd field blanking
//	Line 41 - 1121:odd field active
//	Line 1122 - 1124:odd field blanking
 
//	
//	Clk:
//	2200*1125 = 2475000 
//	2475000  * 60 = 148.5M
//****************************************************************//  
 
// COLORBAR DEFINE				//生成颜色测试数据
//`define COLOR_HOR_TEST		//横向渐变条纹
`define COLOR_VER_TEST			//竖向渐变条纹
`define TB_DATA
 
`define BT1120_1080P_30HZ 		//选用1280p 30hz
 
//`define BT1120_720P_30HZ			//选用720p 30hz
		
 
module BT1120_1080p_720p (
					input Sys_rstn,
					input Clk,
					//input [7: 0] DataY_input,
					//input [7: 0] DataCb_input,
					//input [7: 0] DataCr_input,
					output	reg	 Field_sync,				//Odd signal
					output	reg	 DataY_req,					//1280x720 每场
					output	reg	 DataCr_req,				//640x720 每场
					output	reg	 DataCb_req,				//640x720 每场
					output [9: 0] BT1120_data_out
					
 
					);
		
`ifdef BT1120_1080P_30HZ
parameter ROW_MAX = 1124; 		//每场总计行数
parameter COL_MAX = 4399; 		//每行总计像素点数
 
parameter ROW_BLACK_S = 41; 	//开始场有效
parameter ROW_BLACK_E = 1121; 	//开始场消隐
 
parameter SAV_COL = 552;		//276*2
 
parameter BLANK_START = 7; 		//开始272*2=544个消隐区域
parameter SAV_START	  = 551; 	//开始4*2=8个SAV定时基准码
parameter VIDEO_START = 559;    //开始每行有效像素点区域，560也可以正常显示图像  
parameter EAV_START	  = 4399; 	//开始4*2=8个EAV定时基准码
 
parameter DATA_CNT 	  = 1919;	//每行有效像素点
parameter VCNT_SUM	  = 1079;	//每场有效行
`endif
 
 
 
`ifdef BT1120_720P_30HZ
parameter ROW_MAX = 749;
parameter COL_MAX = 6599;
 
parameter ROW_BLACK_S = 25;
parameter ROW_BLACK_E = 745;
 
parameter SAV_COL = COL_MAX - 2567;// SAV_COL = 4032
 
parameter BLANK_START = 7;
parameter SAV_START	  = 4031;
parameter VIDEO_START = 4039;
parameter EAV_START	  = 6599;
 
parameter DATA_CNT 	  = 1279;
parameter VCNT_SUM	  = 719;
`endif
 
`ifdef TB_DATA	
 
reg[7:0]	DataY,DataCr,DataCb;
reg[11:0]	cnt_Y;				//计数：每行有效像素点数
reg[11:0]	cntt;				//计数：每场有效行数
 
wire[7:0]	DataY_input,DataCr_input,DataCb_input;
assign  	DataY_input  = DataY;		
assign		DataCr_input = 8'd128;
assign		DataCb_input = 8'd128;
`endif
 
`ifdef COLOR_VER_TEST										//竖条纹
always@(posedge Clk or negedge Sys_rstn)begin 				//create tb data
	if(!Sys_rstn)begin
		DataY 	<= 	255;
		cnt_Y	<=	12'd0;
	end   
	else if (DataY_req) begin
		if (cnt_Y==DATA_CNT) begin
			DataY	<=	255;
			cnt_Y	<=	12'd0;
	
		end
		else begin
			DataY	<=	DataY-1;
			cnt_Y	<=	cnt_Y+1;
		end
	end  
end
`endif
 
`ifdef COLOR_HOR_TEST									//横条纹
always @(posedge Clk or negedge Sys_rstn) begin 		//creat tb data
	if (!Sys_rstn) begin
		cnt_Y	<=	12'd0;
	end
	else if (DataY_req) 
	begin
		if (cnt_Y==DATA_CNT) 
		begin
			cnt_Y	<=	12'd0;
		end	
		else 
		begin
			cnt_Y	<=	cnt_Y+1;
		end
	end
end
always @(posedge Clk or negedge Sys_rstn) begin 		//creat tb data
	if (!Sys_rstn) begin
		DataY 	<= 	8'd0;
		cntt	<=  12'd0;
	end
	else if (DataY_req) 
	begin
		if (cnt_Y==DATA_CNT) 
		begin
			DataY	<=	DataY+1;
			cntt 	<=	cntt+1;	
		  if (cntt==VCNT_SUM) 
		  begin
			  DataY	<=	0;
			  cntt 	<=	0;
		  end
		end
	end
end
`endif
 
 
reg [12:0] hcnt;
reg [11:0] vcnt;
reg [9:0] data_out_temp;
 
assign BT1120_data_out = data_out_temp;
 
 
wire [9: 0] dataY_input_temp;
wire [9: 0] dataCb_input_temp;
wire [9: 0] dataCr_input_temp;
 
 
// REAL DATA
assign  dataCb_input_temp = {DataCb_input,2'b00};
assign  dataY_input_temp  = {DataY_input,2'b00};
assign  dataCr_input_temp = {DataCr_input,2'b00};
 
 
always @ (posedge Clk or negedge Sys_rstn ) 					 //行场计数
begin
	if (!Sys_rstn) begin		
		hcnt <= 13'd0;
		vcnt <= 12'd0;	
	end
	else begin
		if (hcnt == COL_MAX) begin	
			hcnt <= 13'd0;
			vcnt <= (vcnt == ROW_MAX) ? 12'd0: (vcnt + 1'b1);     
		end
		else begin
			hcnt <= hcnt + 1'b1;
		end
	end
end
 
 
always@(posedge Clk or negedge Sys_rstn)begin 			//输出奇偶场同步
	if(!Sys_rstn)begin
		Field_sync	<= 1'b0;
	end
	else begin
		Field_sync	<=	((hcnt==13'd0)&&((vcnt==12'd0)))?	1:0; 
	end
end	
 
 
reg V_VALID;
always @ (posedge Clk or negedge Sys_rstn )				//输出有效标志
begin
	if (!Sys_rstn) begin		
		V_VALID = 1'b1;
	end
	else begin
		case (vcnt)
		0:           V_VALID = 1'b1;
		ROW_BLACK_S: V_VALID = 1'b0;					//偶场有效区
		ROW_BLACK_E: V_VALID = 1'b1;
		default:     V_VALID = V_VALID;
		endcase
	end
end
 
 
reg[1:0]	h_state;
always@(posedge Clk or negedge Sys_rstn)begin 			//表示每行四个不同区间
	if(!Sys_rstn)begin
		h_state	<= 2'd0;
	end
	else if(hcnt==10'd0)begin
		h_state	<= 2'd0;
	end
	else begin
		case(h_state)
			2'd0:begin		//EAV
				h_state	<= (hcnt==BLANK_START)?	2'd1:2'd0;
			end
			2'd1:begin		//BLANK
				h_state	<= (hcnt==SAV_START)?	2'd2:2'd1;
			end				
			2'd2:begin		//SAV
				h_state	<= (hcnt==VIDEO_START)?	2'd3:2'd2;
			end						
			2'd3:begin		//VIDEO
				h_state	<= (hcnt==EAV_START)?	2'd0:2'd3;	//每行有效数据区
			end	
			default:begin
				h_state	<= 2'd0;
			end
		endcase
	end
end				
 
always@(posedge Clk or negedge Sys_rstn)begin 				//产生输入请求信号
	if(!Sys_rstn)begin
		DataY_req		<= 1'b0;
		DataCr_req		<= 1'b0;
		DataCb_req		<= 1'b0;
	end
	else begin
		if( h_state==2'd3 )begin
		DataY_req		<= 	( V_VALID == 1'b0 )?		hcnt[0]:1'b0;			
		DataCb_req		<= 	( V_VALID == 1'b0 )?		(hcnt[1:0]==2'b00):1'b0;
		DataCr_req		<= 	( V_VALID == 1'b0 )?		(hcnt[1:0]==2'b10):1'b0;  
	end 
	else begin
		DataY_req		<= 1'b0;
		DataCr_req		<= 1'b0;
		DataCb_req		<= 1'b0;
	end
end			
end
 
 
always @ (posedge Clk or negedge Sys_rstn ) 			 //BT_1120协议
begin
	if (!Sys_rstn) begin			
		data_out_temp  <= 10'h200;
	end
	else begin										
											//发EAV和SAV前两个数据
		if ((hcnt == 0 )|| (hcnt == 1) || (hcnt == SAV_COL) || (hcnt == (SAV_COL+1))) begin 
			data_out_temp  <= 10'h3FF;
		end
		else if ( (hcnt == 2) || (hcnt == 3) ||(hcnt == 4) ||(hcnt == 5) || (hcnt == (SAV_COL+2)) || (hcnt == (SAV_COL+3))|| (hcnt == (SAV_COL+4))|| (hcnt == (SAV_COL+5)) ) begin
			data_out_temp <= 10'h000;
		end		
		else if ((hcnt == 6) || (hcnt == 7)) begin	//发EAV最后两个数据
 
			//if (((vcnt >= 0) && (vcnt <= ROW_BLACK_S)) || ((vcnt >= ROW_BLACK_E) && (vcnt <= ROW_MAX))) begin	
			if (V_VALID) begin	
				data_out_temp <= 10'h2D8;			//{8'hB6,2'b00}; EAV odd field blanking				
			end
			else begin
				data_out_temp <= 10'h274;			//{8'h9D,2'b00}; EAV odd field active			
			end
		end	
		// BLACKING
		else if ((hcnt > 7) && (hcnt < SAV_COL) ) begin
			data_out_temp <= 10'h200;
		end											
		else if ((hcnt == (SAV_COL+6)) || (hcnt == (SAV_COL+7))) begin				//发SAV最后两个数据	
			if (V_VALID) begin	
				data_out_temp <= 10'h2AC;   	 	//{8'hAB,2'b00}; SAV odd field blanking				
			end
			else begin
				data_out_temp <= 10'h200;			//{8'h80,2'b00};  SAV odd field active
			end
		end		
		// DATA
		else begin			
			if (V_VALID) begin	
				data_out_temp <= 10'h200;
			end
			else begin
				case (hcnt[1:0])
				2'd0: begin
					data_out_temp <= dataCb_input_temp;
				end	
				2'd1,2'd3: begin
					data_out_temp <= dataY_input_temp;
				end	
				2'd2: begin
					data_out_temp <= dataCr_input_temp;
				end	
				default: begin
					data_out_temp <= 10'h200;
				end
				endcase
			end		
		end					
	end		
end
 
endmodule
					
 
 
 
/*-----------------------------------------------
 

————————————————
版权声明：本文为优快云博主「Davemissyou」的原创文章，遵循CC 4.0 BY-SA版权协议，转载请附上原文出处链接及本声明。
原文链接：https://blog.youkuaiyun.com/Davemissyou/article/details/89016374

九、经验总结

SDI总结（调试包括：在不同分辨率下的BT656,BT1120）

SDI调试的关键是行计数，每行EAV和SAV的起始计数至关重要；10bit SDI_1080p和10bit SDI_sd存在两方面差异：1、bt656和bt1120的协议不同，2、硬件Pcb上RATE_SEL0引脚配置不同；

1、每一行的组成

行（line）=结束码（EAV）+水平消隐（Horizontal blanking）+起始码（SAV）+有效数据（Active Video）

起始码（SAV）和结束码（EAV），它是标志着一行开始结束的重要标记，bt656协议：

图3 10bit复用 SDI_sd接口时序

2、为什么一行中的有效数据是 1440 字节，因为PAL制式的SDTV的分辨率为 720*576，即一行有720个有效点，由于采集的是彩色图像，那么一行就是由亮度信息（Y）和色差信息（CbCr）组成的，由于YCbCr是422格式，故一行中有720列Y，720列CbCr，因此，一行的有效字节数就为 720 x 2 = 1440 字节。bt1120协议：