【紫光HiYou开源入门轻量级PCIE开发板PG2L25G】实验例程4-HDMI 实验例程

在FPGA技术于5G、AI及低空经济等新兴领域持续“破圈”、国产替代加速的宏大背景下，小眼睛科技联合紫光同创及电子发烧友共同发起了“拥抱开源——一起来做FPGA开发板”的项目。历时半年，集结了100多位来自各行各业的工程师智慧，我们成功打造了这款凝聚集体心血的紫光HiYou开源开发板（OPHW-25H）。
这款基于国产紫光同创Logos-2系列芯片的开发板，不仅是千元内入门级产品中唯一配备PCIe接口的轻量级利器，更实现了从硬件设计到底层代码的全方位开源，旨在为广大开发者提供一个高性价比、高扩展性的国产FPGA学习与验证平台，共同点燃技术创新的火花。

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 1.实验简介

实验目的：

OPHW-25开发板通过HDMI在屏幕上显示彩条；

实验环境：

Window11

PDS2022.2

硬件环境：

OPHW-25开发板

2.实验原理

2.1.显示原理

下图表示一个8*8像素的画面，图中每个格子表示一个像素点，显示图像时像素点快速点亮的过程按表格中编号的顺序逐个点亮，从左到右，从上到下，按图中箭头方向的“Z”字形顺序。

以上图为例，每行8个像素点，每完成一行信号的传输，会转到下一行信号传输，直到完成第8行数据的传输，就完成了一个画面的数据传输了，一个画面也称为一场或一帧，显示每秒中刷新的帧数称为帧率。比如1920*1080P像素，就是1行有效像素点1920，一场（也就是一帧）有效行为1080行。

每个像素点的像素值数据，对应每个像素点的颜色。常见的像素值表示格式比如：RGB888， RGB分别代表：红R,绿G，蓝B，888是指R、G、B分别有8bit，也就是R、G、B每一色光有2^8=256级阶调，通过RGB三色光的不同组合，一个像素上最多可显示24位的256*256*256=16,777,216色。

像素数据源源不断输送进来，行、场的切换通过行场同步信号来控制，即hsync（行同步）

和vsync（场同步信号）。

上图中Addressable部分内容是在显示器中可看到的区域，像素点是否有效通过DE信号标识；Border可理解为显示黑边或者显示边框，通常Border显示的像素值是0（黑色）。行、场切换过程都是在用户感受不到的区域进行的，这个区域就是Blanking部分，称为消隐区间。同步信号上升沿表示新的一行/一场开始，Hsync对应行，Vsync对应场。

彩条产生：

本实验采用1920*1080@60的视频规格，详细时序参数如下：

HDMI显示的数据源采用verilog编写的显示时序产生模块sync_vg实现上图的时序，彩条生成模块pattern_vg根据像素点所在位置，即列数和行数确定像素值，实现彩条图案。

彩条按照每行均匀分成8部分，根据每行的像素点数的范围对像素值设置成对应的颜色，实现彩条信号。

2.2.HDMI 接口设计

HDMI输出接口采用TMDS通信方式。在一个时钟周期内，每个TMDS通道都能传送10bit的数据流。

LVDS（Low Voltage Differential Signaling，低电压差分信号）是一种以低摆幅、差分方式进行高速数据传输的接口技术，最初用于高速串行通信，如今在显示接口、板级互连和芯片间通信中被广泛采用。它的设计初衷并不是追求极高的单通道带宽，而是在高速、低功耗和高可靠性之间取得平衡。LVDS 最突出的优势是抗干扰能力强。它采用一对差分信号线进行传输，接收端只关心两根线之间的电压差，而对共模噪声不敏感。当外界电磁干扰同时作用在两根线上时，这部分噪声会被差分接收器自动抵消，因此 LVDS 在复杂电磁环境中依然能够保持较低的误码率，非常适合高速数字系统和密集布线的电路板。

2.3.实验源码设计

实验hdmi_test

HDMI输出彩条显示例程，分成4个模块，时钟模块pll、、显示时序产生模块sync_vg、彩条生成模块pattern_vg，编码转换rgb转tmds模块rgb2tmds以下为模块拓扑图，源码详情请查看

demo。

3.实验现象

实验现象：hdmi_test

连接好OPHW-25开发板和显示器，下载程序，可以看到显示器显示8条彩条。

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审核编辑 黄宇