4. MIZ7035 HDMI测试【PCIE视频传输】
1 MIZ7035的HDMI工程建立
将上次用到的MIG_AXI工程拿来进行HDMI的工程建立。
不像ZCU102的开发板那样用GT收发器，MIZ7035的HDMI接口是靠PL的逻辑来实现输入输出的。所以要写RTL代码来做HDMI的编解码。
测了几天MIZ7035的这个板子，遇到了个问题，总结一下。
1 BUFx时钟问题
写这个文档时候我已经测试了一天了，就先将一个比较重要的问题提前抛出来。米联的MIZ7035的原理图可以下载到，可以自行下载去查看。
首先是HDMI的TMDS的信号FPGA并不能够直接进行连接，所以需要进行信号转换、改变耦合方式、加偏置等方法对信号进行处理，这里就不讨论了。
再来看HDMI的信号连接到了哪个BANK。可以看到两个HDMI都连接到了FPGA的BANK 35。那么问题来了，这样会有什么问题。
Digilent出了很多带双路FPGA的开发板，看了几块都是讲HDMI的输入输出放在了不同的BANK。如下图的zybo_z7开发板
1.png
Zynq7000的PL的BANK最多只能有一个CMT，而每一个CMT中包含一个MMCM和一个PLL，两个都可以产生高速时钟。HDMI输入输出的RTL都是通过使用IOSERDES、IODELAY的源语来实现串并、并串转换的。
它们的CLK、CLKDIV输入的来源有2个
- 片上BUFx的输出
- MMCM/PLL经BUFx的输出
不管用哪种方式，其实都是必须经过BUFx进行缓冲的。
BUFx可用的组合方式可以看xapp585,
而XC7Z035-2的速率如下图。
BUFG:710MHz,BUFIO:800MHz,BUFR:540MHz,BUFH:710MHz。
我们测试时使用的最大图像分辨率为1920*1080，他的像素时钟为148.5MHz，TMDS上使用DDR方式则穿行时钟是5倍的像素时钟为742.5MHz。
若使用BUFx作为SERDES的输入时，我们仅仅只有BUFIO+BUFR这个组合能够满足芯片要求，而其他的肯定会有警告或是错误。（实际也确实是这样，板子带的代码没用唯一可选的组合，而是选了两个BUFG来实现，实现完成后即可看到有一个时钟周期不满足要求的时序错误。）但是实际测试HDMI输出是可以正常使用的，毕竟官方标的BUFG 710MHz是严格的测试标准下得到的数据，肯定还有一部分余量。但是为了更加的可靠，还是将这个时序错误避免掉比较好。
但是，看BUFIO加BUFR的这个组合只能够使用MMCM来实现连接，而一个BANK中只有一个MMCM，所以在MIZ7035中，BUFx这个方法肯定不能满足了。。假设一个HDMI通道用了MMCM+BUFIO+BUFR，则另外一个通道只能有以下情况：
- MMCM+BUFG+BUFG，因为BUFIO不能跨时钟域
- PLL+BUFH/BUFG+BUFH/BUFG，因为这个BANK只剩下一个PLL了
不管使用上面的那种方式，都不可能满足742.5MHz的DDR模式的。
看来BUFx的任何组合是不能够满足要求了！那么我们只能接收这个时序错误了，假设BUFG或BUFH的上限710MHz是能够接受742.5MHz信号，并应该没有问题的。。
这个坑自己设计原理图时候可以考虑一下，最好将它们放在不同的BANK中，并且都使用MMCM+BUFIO+BUFR就好了。
2 HDMI&MIG问题
除了前面这个问题，还有个问题就是HDMI和MIG各自的BANK是紧邻的。
因为HDMI的输入、输出还要连接vid、vtc、fifo等IP，会占用挺多的资源，跟MIG这边一扎堆，很容易造成AXI Lite接口不满足时序要求等情况。
3 HDMI RX的HPD
HDMI的HPD信号是由接收设备传输给输出设备的。MIZ7035的HDMI RX连接到电脑上，HPD信号是由开发板传给电脑的，高电平会指示电脑有显示器连接上、低电平指示没有显示器连接。高电平在网上可以查到说至少要大于+2.4V，具体从哪出来的这个要求，我还没找到源头。
再来看MIZ7035的原理图，HDMI RX的连接器下拉10K电阻到地，然后连接了TXS0108。这就有问题了！因为TXS系列的电平转换芯片我经常用，我知道这个电平转换芯片是双向的，而且每个引脚上有一个上拉电阻,查看datasheet可以看到这个上拉电阻是40K（低电平时）或是4K（高电平时）。
那么当我们用FPGA驱动输出高电平时，H1_HPD这个信号的输出将是3.3V的分压，3.3*10/(4+10)=2.357V，不满足+2.4V的要求。用万用表实际测量，这个电压为2.262V，电源为3.321V。后面测试时插上电脑时候，确实电脑没有输出任何信号，看来得改一下板子的电路了。
可以选择将这个电阻换大一点的阻值，如30K时可以让高电平达到2.9V，来试试吧，在手头找了一个相近的34.8K的电阻，把板子上的R53换掉。重新测了一下HPD电压，为2.838V，可以满足要求了。而且插上电脑，电脑确实闪烁了。虽然这样看起来可以了，但还是有问题啊。只能说HPD需要一个强的驱动，TXS却不能提供一个默认低电平的输出。
同样是TXS0108内部上拉，当我们的配置不使用LED相关引脚时，上拉电阻会将该芯片管脚拉高，并使LED灯点亮。。而且这个点亮是高电平驱动的，，但怎么说呢这个芯片不适合输出电流去驱动LED，至少我以前用都是这样的。
4 demo移植
接着进行工程建立。
先从github上下载Digilent的IP，最新的IP加了ila，禁止ila的话有bug。就用之前的一个版本吧：https://github.com/digilent/vivado-library/tree/7827858e39f0a02b8ec579150110c073050aaada
下载Zybo Z7-20的HDMI demo，https://github.com/Digilent/Zybo-Z7-20-hdmi
参考zybo的demo，加入各IP进入到我们的MIG_AXI工程中，主要包括了rgb2dvi、dvi2rgb、vtc、vid。而demo中的axi_dynclk就不加入工程了。我们固定使用1080p的视频输出。
各IP配置如下
dvi2rgb
rgb2div
输入输出各自的vtc、vid参考demo即可。demo中的vdma ip我们不去使用。
图像数据与DDR的交互使用了tpg、mix、frmbuf_wr，跟ZCU102中的配置相同，区别在于为了跨不同BANK，我们在两个AXI4-Stream Register Slice与其相连的IP间插入了一个AXI4-Stream Data FIFO。
整体框图如下
hdmi_rx_ss
hdmi_tx_ss
其中的clk_wiz配置如下
clk_wiz的fb输入输出直接相连接，没有经过任何BUF，因为我们用到的pclk和sclk的相位关系在HDMI TX中并不重要，axi_dynclk的源码中有写。
v_dma_ss
zynq_ss，v_dma_ss过来的HP信号同时接入了PS和MIG，这样就能够我们自行选择用哪一边的DDR了。但是PL端的DDR在这个设计中PS是没有寻址的，所以访问不了。
addree配置，pl ddr定位到了0xC000000，1GB空间。
约束
set_property LOC PLLE2_ADV_X1Y6 [get_cells MIG_AXI_i/hdmi_tx_ss/clk_wiz/inst/plle2_adv_inst]
set_property LOC MMCME2_ADV_X1Y6 [get_cells MIG_AXI_i/hdmi_rx_ss/dvi2rgb/U0/TMDS_ClockingX/DVI_ClkGenerator]
create_clock -name clk100m_i -period 10.00 [get_ports clk100m_i]
#set_property VCCAUX_IO DONTCARE [get_ports clk100m_i]
set_property IOSTANDARD SSTL15 [get_ports clk100m_i]
set_property PACKAGE_PIN C8 [get_ports clk100m_i]
#rst_key, active low
set_property PACKAGE_PIN A10 [get_ports rst_key]
set_property IOSTANDARD LVCMOS15 [get_ports rst_key]
#led 0
set_property PACKAGE_PIN B9 [get_ports pl_ddr_init_done]
set_property IOSTANDARD LVCMOS15 [get_ports pl_ddr_init_done]
#led 1
set_property PACKAGE_PIN K10 [get_ports hdmi_rx_clk_lock]
set_property IOSTANDARD LVCMOS15 [get_ports hdmi_rx_clk_lock]
#HDMI RX
create_clock -name HDMI_RX_clk_p -period 6.734 [get_ports HDMI_RX_clk_p]
set_property PACKAGE_PIN D15 [get_ports HDMI_RX_clk_p]
set_property IOSTANDARD LVDS [get_ports HDMI_RX_clk_p]
set_property PACKAGE_PIN E16 [get_ports HDMI_RX_data_p[0]]
set_property IOSTANDARD LVDS [get_ports HDMI_RX_data_p[0]]
set_property PACKAGE_PIN F15 [get_ports HDMI_RX_data_p[1]]
set_property IOSTANDARD LVDS [get_ports HDMI_RX_data_p[1]]
set_property PACKAGE_PIN C17 [get_ports HDMI_RX_data_p[2]]
set_property IOSTANDARD LVDS [get_ports HDMI_RX_data_p[2]]
set_property PACKAGE_PIN B10 [get_ports RX_DDC_OUT_scl_io]
set_property IOSTANDARD LVCMOS15 [get_ports RX_DDC_OUT_scl_io]
set_property PACKAGE_PIN B15 [get_ports RX_DDC_OUT_sda_io]
set_property IOSTANDARD LVCMOS18 [get_ports RX_DDC_OUT_sda_io]
set_property PACKAGE_PIN B16 [get_ports RX_HPD_OUT]
set_property IOSTANDARD LVCMOS18 [get_ports RX_HPD_OUT]
#HDMI TX
set_property PACKAGE_PIN J14 [get_ports HDMI_TX_clk_p]
set_property IOSTANDARD LVDS [get_ports HDMI_TX_clk_p]
set_property PACKAGE_PIN K13 [get_ports HDMI_TX_data_p[0]]
set_property IOSTANDARD LVDS [get_ports HDMI_TX_data_p[0]]
set_property PACKAGE_PIN G14 [get_ports HDMI_TX_data_p[1]]
set_property IOSTANDARD LVDS [get_ports HDMI_TX_data_p[1]]
set_property PACKAGE_PIN K15 [get_ports HDMI_TX_data_p[2]]
set_property IOSTANDARD LVDS [get_ports HDMI_TX_data_p[2]]
set_property PACKAGE_PIN H13 [get_ports TX_DDC_OUT_scl_io]
set_property IOSTANDARD LVCMOS18 [get_ports TX_DDC_OUT_scl_io]
set_property PACKAGE_PIN G15 [get_ports TX_DDC_OUT_sda_io]
set_property IOSTANDARD LVCMOS18 [get_ports TX_DDC_OUT_sda_io]
set_property PACKAGE_PIN A17 [get_ports FMCH_IIC_scl_io]
set_property IOSTANDARD LVCMOS18 [get_ports FMCH_IIC_scl_io]
set_property PACKAGE_PIN B17 [get_ports FMCH_IIC_sda_io]
set_property IOSTANDARD LVCMOS18 [get_ports FMCH_IIC_sda_io]
编译
资源占用
时序错误，bufh不能达到742.5MHz
资源分布
生成并输出hdf with bit。
2 工程测试
1 TPG测试
先写一个截断MIX，从TPG直接产生pattern输出的驱动。测试代码：
#include
#include "platform.h"
#include "xil_printf.h"
#include "sleep.h"
#include "xgpio.h"
#include "xvidc.h"
#include "xv_tpg.h"
#include "xv_mix_l2.h"
#include "xv_frmbufwr_l2.h"
XGpio Gpio_VDMA_resetn;
XGpio Gpio_RXHPD;
XV_tpg Tpg;
XV_Mix_l2 Mix;
XV_FrmbufWr_l2 FrmbufWr;
int init_gpio(void)
{
int Status;
Status = XGpio_Initialize(&Gpio_VDMA_resetn, XPAR_V_DMA_SS_AXI_GPIO_DEVICE_ID);
if(Status != XST_SUCCESS) {
xil_printf("ERR:: GPIO VDMA device not found\r\n");
return(XST_FAILURE);
}
XGpio_SetDataDirection(&Gpio_VDMA_resetn, 1, 0);
XGpio_DiscreteWrite(&Gpio_VDMA_resetn, 1, 0x0);
usleep(1000);
XGpio_DiscreteWrite(&Gpio_VDMA_resetn, 1, 0x7);
usleep(1000);
Status = XGpio_Initialize(&Gpio_RXHPD, XPAR_AXI_GPIO_VIDEO_DEVICE_ID);
if(Status != XST_SUCCESS) {
xil_printf("ERR:: GPIO HPD device not found\r\n");
return(XST_FAILURE);
}
XGpio_SetDataDirection(&Gpio_RXHPD, 1, 0);
XGpio_DiscreteWrite(&Gpio_RXHPD, 1, 0x0);
usleep(1000);
XGpio_DiscreteWrite(&Gpio_RXHPD, 1, 0x1);
usleep(1000);
return (XST_SUCCESS);
}
int init_tpg(void)
{
int Status;
Status = XV_tpg_Initialize(&Tpg, XPAR_V_DMA_SS_V_TPG_DEVICE_ID);
if(Status != XST_SUCCESS) {
xil_printf("ERR:: TPG device not found\r\n");
return(XST_FAILURE);
}
//Stop TPG
XV_tpg_DisableAutoRestart(&Tpg);
XV_tpg_Set_height(&Tpg, 1080);
XV_tpg_Set_width(&Tpg, 1920);
XV_tpg_Set_ovrlayId(&Tpg, 0);
XV_tpg_Set_colorFormat(&Tpg, XVIDC_CSF_RGB);
XV_tpg_Set_bckgndId(&Tpg, XTPG_BKGND_TARTAN_COLOR_BARS);
//move box
XV_tpg_Set_ovrlayId(&Tpg, 1);
XV_tpg_Set_boxSize(&Tpg,80);
//if in YUV mode, R->Y,G->U,B->V,wrong ,it is g b r
XV_tpg_Set_boxColorR(&Tpg,255);
XV_tpg_Set_boxColorG(&Tpg,255);
XV_tpg_Set_boxColorB(&Tpg,255);
XV_tpg_Set_motionSpeed(&Tpg,1);
//Start TPG
XV_tpg_EnableAutoRestart(&Tpg);
XV_tpg_Start(&Tpg);
xil_printf("INFO: TPG configured\r\n");
return (XST_SUCCESS);
}
int main()
{
init_platform();
print("Hello World\n\r");
init_gpio();
init_tpg();
cleanup_platform();
return 0;
}
将HDMI TX连接到显示器，将HDMI RX连接到电脑。下载bit、elf，运行程序，首先可以看到显示器显示出了测试图像，上面的方形白色的色块也可以正常移动；然后电脑屏幕闪了一下，看来是发现新的显示器了，打开NVIDIA控制面板，可以看到我们的新显示设备了DigilentDVI-3。
能读到显示器的配置，证明DDC接口的EDID信息能够正常传输。这个显示设备的名称，我们可以在dvi2rgb的IP目录中修改对应的数据即可。
再观察一下开发板上的LED，
- LED0亮了，表示pl_ddr_init_done有效，MIG模块初始化PL DDR完成
- LED1亮了，表示HDMI RX IP： dvi2rgb模块接收到了HDMI输入时钟信号，并已经倍频锁定。
2 MIX测试
首先官方的standalone mix bsp有个bug..，在xv_mix_l2.c文件中。
WinResInRange = ((Win->Width > (XVMIX_MIN_STRM_WIDTH-1)) &&
(Win->Height > (XVMIX_MIN_STRM_HEIGHT-1)) &&
(Win->Width < MixPtr->Config.LayerMaxWidth[LayerId-1]) &&
(Win->Height <= MixPtr->Config.MaxHeight));
中间有一句：Win->Width < MixPtr->Config.LayerMaxWidth[LayerId-1]
是小于号而不是等于号，其实是不对的，判断条件应该是小于等于才对，否则我们将不能配置最大1920宽度的图像输入。可以选择修改bsp里面的源码，或者修改mix ip核的配置。为了方便，我直接在SDK的安装目录里面对bsp的代码进行了修改。
测试代码：
#include
#include "platform.h"
#include "xil_printf.h"
#include "xil_cache.h"
#include "sleep.h"
#include "xgpio.h"
#include "xvidc.h"
#include "xv_tpg.h"
#include "xv_mix_l2.h"
#include "xv_frmbufwr_l2.h"
XGpio Gpio_VDMA_resetn;
XGpio Gpio_RXHPD;
XV_tpg Tpg;
XV_Mix_l2 Mix;
XV_FrmbufWr_l2 FrmbufWr;
extern unsigned char Logo_R[];
extern unsigned char Logo_G[];
extern unsigned char Logo_B[];
extern unsigned char Logo_A[];
#define DEMO_PATTERN_0 0
#define DEMO_PATTERN_1 1
#define TPG_PASSTHROUGH_DISABLE 0
#define TPG_PASSTHROUGH_ENABLE 1
int init_gpio(void)
{
int Status;
Status = XGpio_Initialize(&Gpio_VDMA_resetn, XPAR_V_DMA_SS_AXI_GPIO_DEVICE_ID);
if(Status != XST_SUCCESS) {
xil_printf("ERR:: GPIO VDMA device not found\r\n");
return(XST_FAILURE);
}
XGpio_SetDataDirection(&Gpio_VDMA_resetn, 1, 0);
XGpio_DiscreteWrite(&Gpio_VDMA_resetn, 1, 0x7);
usleep(10000);
XGpio_DiscreteWrite(&Gpio_VDMA_resetn, 1, 0x0);
usleep(10000);
XGpio_DiscreteWrite(&Gpio_VDMA_resetn, 1, 0x7);
usleep(10000);
Status = XGpio_Initialize(&Gpio_RXHPD, XPAR_AXI_GPIO_VIDEO_DEVICE_ID);
if(Status != XST_SUCCESS) {
xil_printf("ERR:: GPIO HPD device not found\r\n");
return(XST_FAILURE);
}
XGpio_SetDataDirection(&Gpio_RXHPD, 1, 0);
usleep(10000);
XGpio_DiscreteWrite(&Gpio_RXHPD, 1, 0x0);
usleep(10000);
XGpio_DiscreteWrite(&Gpio_RXHPD, 1, 0x1);
usleep(10000);
return (XST_SUCCESS);
}
int init_tpg(int IsPassThrough)
{
int Status;
Status = XV_tpg_Initialize(&Tpg, XPAR_V_DMA_SS_V_TPG_DEVICE_ID);
if(Status != XST_SUCCESS) {
xil_printf("ERR:: TPG device not found\r\n");
return(XST_FAILURE);
}
//Stop TPG
XV_tpg_DisableAutoRestart(&Tpg);
XV_tpg_Set_height(&Tpg, 1080);
XV_tpg_Set_width(&Tpg, 1920);
XV_tpg_Set_ovrlayId(&Tpg, 0);
XV_tpg_Set_colorFormat(&Tpg, XVIDC_CSF_RGB);
XV_tpg_Set_bckgndId(&Tpg, XTPG_BKGND_TARTAN_COLOR_BARS);
//move box
XV_tpg_Set_ovrlayId(&Tpg, 1);
XV_tpg_Set_boxSize(&Tpg,80);
//if in YUV mode, R->Y,G->U,B->V,wrong ,it is g b r
XV_tpg_Set_boxColorR(&Tpg,255);
XV_tpg_Set_boxColorG(&Tpg,255);
XV_tpg_Set_boxColorB(&Tpg,255);
XV_tpg_Set_motionSpeed(&Tpg,1);
if (IsPassThrough) {
XV_tpg_Set_enableInput(&Tpg, IsPassThrough);
XV_tpg_Set_passthruStartX(&Tpg,0);
XV_tpg_Set_passthruStartY(&Tpg,0);
XV_tpg_Set_passthruEndX(&Tpg,1920);
XV_tpg_Set_passthruEndY(&Tpg,1080);
}
//Start TPG
XV_tpg_EnableAutoRestart(&Tpg);
XV_tpg_Start(&Tpg);
xil_printf("INFO: TPG configured\r\n");
return (XST_SUCCESS);
}
int init_mix(void)
{
int Status;
Status = XVMix_Initialize(&Mix, XPAR_V_DMA_SS_V_MIX_DEVICE_ID);
if(Status != XST_SUCCESS) {
xil_printf("ERR:: Mixer device not found\r\n");
return(XST_FAILURE);
}
XVidC_VideoStream VidStrm;
u32 width, height;
XVidC_VideoWindow Win_Logo;
XVidC_VideoWindow Win_Layer1;
u32 Stride_Layer1;
width = 1920;
height = 1080;
//Stop TPG
XVMix_Stop(&Mix);
VidStrm.VmId = XVIDC_VM_1080_60_P;
VidStrm.ColorFormatId = XVIDC_CSF_RGB;
VidStrm.FrameRate = XVIDC_FR_60HZ;
VidStrm.IsInterlaced = FALSE;
VidStrm.ColorDepth = XVIDC_BPC_8;
VidStrm.PixPerClk = XVIDC_PPC_1;
VidStrm.Timing.HActive = width;
VidStrm.Timing.VActive = height;
XVMix_SetVidStream(&Mix, &VidStrm);
u32 MemAddr = 0x10000000;
Status = XVMix_SetLayerBufferAddr(&Mix, XVMIX_LAYER_1, MemAddr);
if(Status != XST_SUCCESS) {
xil_printf("MIXER ERR:: Unable to set layer %d buffer addr to 0x%X\r\n", XVMIX_LAYER_1, MemAddr);
}
Win_Layer1.StartX = 0;
Win_Layer1.StartY = 0;
Win_Layer1.Width = width;
Win_Layer1.Height = height;
Stride_Layer1 = width*3;
XVMix_SetLayerWindow(&Mix, XVMIX_LAYER_1, &Win_Layer1, Stride_Layer1);
Win_Logo.StartX = 0;
Win_Logo.StartY = 0;
Win_Logo.Width = 64;
Win_Logo.Height = 64;
if(XVMix_IsLogoEnabled(&Mix)) {
Status = XVMix_LoadLogo(&Mix, &Win_Logo, Logo_R, Logo_G, Logo_B);
if(Status != XST_SUCCESS) {
xil_printf("MIXER ERR:: Unable to load Logo \r\n");
}
if(XVMix_IsLogoPixAlphaEnabled(&Mix)) {
Status = XVMix_LoadLogoPixelAlpha(&Mix, &Win_Logo, Logo_A);
if(Status != XST_SUCCESS) {
xil_printf("MIXER ERR:: Unable to load Logo pixel alpha \r\n");
}
}
} else {
xil_printf("INFO: Logo Layer Disabled in HW \r\n");
}
XVMix_SetLayerAlpha(&Mix, XVMIX_LAYER_1, 255);
XVMix_SetLayerAlpha(&Mix, XVMIX_LAYER_2, 255);
XVMix_SetLayerAlpha(&Mix, XVMIX_LAYER_3, 255);
XVMix_SetLayerAlpha(&Mix, XVMIX_LAYER_4, 255);
XVMix_SetLayerAlpha(&Mix, XVMIX_LAYER_LOGO, 255); //alpha layer should set to 255, then it will be enable to display
XVMix_SetBackgndColor(&Mix, XVMIX_BKGND_RED, XVIDC_BPC_8);
XVMix_LayerDisable(&Mix, XVMIX_LAYER_ALL);
XVMix_LayerEnable(&Mix, XVMIX_LAYER_1);
XVMix_LayerEnable(&Mix, XVMIX_LAYER_LOGO);
//Start Mix
XVMix_InterruptDisable(&Mix);
XVMix_Start(&Mix);
xil_printf("INFO: Mixer configured\r\n");
usleep(1000);
XVMix_DbgReportStatus(&Mix);
XVMix_DbgLayerInfo(&Mix,XVMIX_LAYER_1);
return (XST_SUCCESS);
}
void DemoPrintTest(u8 *frame, u32 width, u32 height, u32 stride, int pattern)
{
u32 xcoi, ycoi;
u32 iPixelAddr;
u8 wRed, wBlue, wGreen;
u32 wCurrentInt;
double fRed, fBlue, fGreen, fColor;
u32 xLeft, xMid, xRight, xInt;
u32 yMid, yInt;
double xInc, yInc;
switch (pattern)
{
case DEMO_PATTERN_0:
xInt = width / 4; //Four intervals, each with width/4 pixels
xLeft = xInt * 3;
xMid = xInt * 2 * 3;
xRight = xInt * 3 * 3;
xInc = 256.0 / ((double) xInt); //256 color intensities are cycled through per interval (overflow must be caught when color=256.0)
yInt = height / 2; //Two intervals, each with width/2 lines
yMid = yInt;
yInc = 256.0 / ((double) yInt); //256 color intensities are cycled through per interval (overflow must be caught when color=256.0)
fBlue = 0.0;
fRed = 256.0;
for(xcoi = 0; xcoi < (width*3); xcoi+=3)
{
/*
* Convert color intensities to integers < 256, and trim values >=256
*/
wRed = (fRed >= 256.0) ? 255 : ((u8) fRed);
wBlue = (fBlue >= 256.0) ? 255 : ((u8) fBlue);
iPixelAddr = xcoi;
fGreen = 0.0;
for(ycoi = 0; ycoi < height; ycoi++)
{
wGreen = (fGreen >= 256.0) ? 255 : ((u8) fGreen);
frame[iPixelAddr] = wRed;
frame[iPixelAddr + 1] = wBlue;
frame[iPixelAddr + 2] = wGreen;
if (ycoi < yMid)
{
fGreen += yInc;
}
else
{
fGreen -= yInc;
}
/*
* This pattern is printed one vertical line at a time, so the address must be incremented
* by the stride instead of just 1.
*/
iPixelAddr += stride;
}
if (xcoi < xLeft)
{
fBlue = 0.0;
fRed -= xInc;
}
else if (xcoi < xMid)
{
fBlue += xInc;
fRed += xInc;
}
else if (xcoi < xRight)
{
fBlue -= xInc;
fRed -= xInc;
}
else
{
fBlue += xInc;
fRed = 0;
}
}
/*
* Flush the framebuffer memory range to ensure changes are written to the
* actual memory, and therefore accessible by the VDMA.
*/
Xil_DCacheFlushRange((unsigned int) frame, width * stride);
break;
case DEMO_PATTERN_1:
xInt = width / 7; //Seven intervals, each with width/7 pixels
xInc = 256.0 / ((double) xInt); //256 color intensities per interval. Notice that overflow is handled for this pattern.
fColor = 0.0;
wCurrentInt = 1;
for(xcoi = 0; xcoi < (width*3); xcoi+=3)
{
/*
* Just draw white in the last partial interval (when width is not divisible by 7)
*/
if (wCurrentInt > 7)
{
wRed = 255;
wBlue = 255;
wGreen = 255;
}
else
{
if (wCurrentInt & 0b001)
wRed = (u8) fColor;
else
wRed = 0;
if (wCurrentInt & 0b010)
wBlue = (u8) fColor;
else
wBlue = 0;
if (wCurrentInt & 0b100)
wGreen = (u8) fColor;
else
wGreen = 0;
}
iPixelAddr = xcoi;
for(ycoi = 0; ycoi < height; ycoi++)
{
frame[iPixelAddr] = wRed;
frame[iPixelAddr + 1] = wBlue;
frame[iPixelAddr + 2] = wGreen;
/*
* This pattern is printed one vertical line at a time, so the address must be incremented
* by the stride instead of just 1.
*/
iPixelAddr += stride;
}
fColor += xInc;
if (fColor >= 256.0)
{
fColor = 0.0;
wCurrentInt++;
}
}
/*
* Flush the framebuffer memory range to ensure changes are written to the
* actual memory, and therefore accessible by the VDMA.
*/
Xil_DCacheFlushRange((unsigned int) frame, width * stride);
break;
default :
xil_printf("Error: invalid pattern passed to DemoPrintTest");
}
}
void DemoLogoTest(void)
{
u16 logo_x=0;
u16 logo_y=200;
while(1)
{
usleep(10000);
if(logo_x < 1920-64)
logo_x++;
else
logo_x = 0;
XVMix_MoveLayerWindow(&Mix, XVMIX_LAYER_LOGO,logo_x,logo_y);
XVMix_MoveLayerWindow(&Mix, XVMIX_LAYER_LOGO,logo_x,logo_y);
}
}
int main()
{
init_platform();
print("Hello World\n\r");
//frame base, 1920*1080*3
u8 *pixel_base;
pixel_base=(u8 *)0x10000000;
u32 f_width, f_height, f_stride;
f_width = 1920;
f_height = 1080;
f_stride = 1920 * 3;
print("step 1: test tpg output\n\r");
init_gpio();
init_tpg(TPG_PASSTHROUGH_DISABLE);
usleep(6000000);
print("step 2: enable tpg passthrough and init mix\n\r");
init_gpio();
init_mix();
init_tpg(TPG_PASSTHROUGH_ENABLE);
usleep(6000000);
print("step 3: test display pattern 0\n\r");
DemoPrintTest(pixel_base, f_width, f_height, f_stride, DEMO_PATTERN_0);
usleep(6000000);
print("step 4: test display pattern 1\n\r");
DemoPrintTest(pixel_base, f_width, f_height, f_stride, DEMO_PATTERN_1);
usleep(6000000);
print("step 5: move mix logo\n\r");
DemoLogoTest();
print("\r\nTEST DONE!!!\n\r");
cleanup_platform();
return 0;
}
代码是在刚才TPG上的代码做的修改，将TPG的passthrough功能打开，然后让mix从基址0x10000000读取RGB原始数据并进行输出，还用程序在图像缓存地址上软件写了pattern可以看到色彩变化，最后还测试了mix的logo功能，让logo水平移动。logo的原始数据包含了4个通道：RGBA，各自为64*64字节，通过mix的驱动函数可以将logo写到pl内的bram内。logo的原始数据比较大，我就不贴了。类似下图的定义
可以用python或者matlab生成这四个数组。这个logo功能是支持透明度的，所以效果还是不错的。
使用PS画一个logo的png文件，Matlab生成logo数组的代码：
%clear
clc;
clear;
%read image
[img,map,alpha] = imread('logo.png');
[h,w,dim] = size(img);
%split r,g,b,alpha
for i=1:h
for j=1:w
r(i,j) = img(i,j,1);
g(i,j) = img(i,j,2);
b(i,j) = img(i,j,3);
end
end
%bug fixed
%vivado 2017.1 video mixer logo bug, see details in video_mixer IP bug.txt
%%
r_d = reshape(r', 1 ,w*h);
g_d = reshape(g', 1 ,w*h);
b_d = reshape(b', 1 ,w*h);
alpha_d = reshape(alpha', 1 ,w*h);
for i=2:w*h
r_d_s(i) = r_d(i-1);
g_d_s(i) = g_d(i-1);
b_d_s(i) = b_d(i-1);
alpha_d_s(i) = alpha_d(i-1);
end
r_d_s(1) = r_d(w*h);
g_d_s(1) = g_d(w*h);
b_d_s(1) = b_d(w*h);
alpha_d_s(1) = alpha_d(w*h);
r_r = reshape(r_d_s, w, h);
g_r = reshape(g_d_s, w, h);
b_r = reshape(b_d_s, w, h);
alpha_r = reshape(alpha_d_s, w, h);
r = r_r';
g = g_r';
b = b_r';
alpha = alpha_r';
%%
%write logo.c
fid = fopen('logo.c','wt');
fprintf(fid,'%s\n','/*');
fprintf(fid,'%s\n',' * logo.c');
fprintf(fid,'%s\n',' *');
fprintf(fid,'%s%d * %d\n',' * LOGO size : ',h,w);
fprintf(fid,'%s%s\n',' * Created on : ',datestr(now));
fprintf(fid,'%s%s\n',' * Tool : Matlab ',version);
fprintf(fid,'%s\n',' * Author : Vacajk');
fprintf(fid,'%s\n',' */');
fprintf(fid,'\n');
%fprint array data
%red
fprintf(fid,'%s\n','unsigned char Logo_R[] = {');
for i=1:h
for j=1:w
fprintf(fid,'%s%02x,','0x',r(i,j));
end
fprintf(fid,'\n');
end
fprintf(fid,'%s\n','};');
fprintf(fid,'\n');
%green
fprintf(fid,'%s\n','unsigned char Logo_G[] = {');
for i=1:h
for j=1:w
fprintf(fid,'%s%02x,','0x',g(i,j));
end
fprintf(fid,'\n');
end
fprintf(fid,'%s\n','};');
fprintf(fid,'\n');
%blue
fprintf(fid,'%s\n','unsigned char Logo_B[] = {');
for i=1:h
for j=1:w
fprintf(fid,'%s%02x,','0x',b(i,j));
end
fprintf(fid,'\n');
end
fprintf(fid,'%s\n','};');
fprintf(fid,'\n');
%alpha
fprintf(fid,'%s\n','unsigned char Logo_A[] = {');
for i=1:h
for j=1:w
fprintf(fid,'%s%02x,','0x',alpha(i,j));
end
fprintf(fid,'\n');
end
fprintf(fid,'%s\n','};');
%close fid handle
fclose(fid);
video_mixer IP bug.txt
1.vivado 2017.1中 video mixer IP核在使用1 sample per clock时，logo会有bug。（因为官网说1spc时候没有验证，感觉是这里有问题）
logo的四个通道RGBA数组的第1个字节会跑到屏幕上的最后一个字节，第2个字节将作为首地址显示。
2.XVMIX_SCALE_FACTOR_4X能完全显示logo，但是1x和2x的时候前2列前1列数据会丢失，不知道什么原因
为了解决这个问题，在m文件中，将数组的最后一个字节和第一个字节对调。。这样就能确保显示的是正确的，不会错行显示
3 FRMBUF_WR测试
mix和tpg都测试完了，下面来测试frmbuf_wr ip的功能。
frmbuf_wr是连接到hdmi rx上的，前面已经解决了hpd信号的问题，我们电脑输入到MIZ7035的HDMI信号也已经被dvi2rgb IP的mmcms锁定，说明输入数据已经发过来了，只要把视频输入通路上的frmbuf_wr打通，图像数据就能够写到ddr中了。
为了方便，我直接将frmbuf_wr写入的帧地址与mix读取的帧地址写成一样的，这样通过HDMI RX接收到的视频经frmbuf_wr写入内存，就将能够直接通过mix、tpg最后到HDMI TX进行显示了。
当然其中有个问题是HDMI输入的视频必须要保证是1080p的视频，否则配置与实际不符的话会出问题。实际用的时候就需要根据hdmi_tx_ss中的vtc模块去检测输入图像了，然后去按照实际视频格式进行frmbuf_wr的配置以及显示输出的配置。
测试代码：
#define XVFRMBUFWR_BUFFER_BASEADDR (0x10000000)
int init_frmbufwr(void)
{
u32 width, height;
u32 StrideInBytes;
XVidC_VideoStream VidStrm;
XVidC_VideoTiming const *TimingPtr;
int Status;
Status = XVFrmbufWr_Initialize(&FrmbufWr, XPAR_V_DMA_SS_V_FRMBUF_WR_DEVICE_ID);
if(Status != XST_SUCCESS) {
xil_printf("ERROR:: Frame Buffer Write initialization failed\r\n");
return(XST_FAILURE);
}
/* Stop Frame Buffers */
XVFrmbufWr_Stop(&FrmbufWr);
width = 1920;
height = 1080;
StrideInBytes = width*3;
VidStrm.VmId = XVIDC_VM_1080_60_P;
VidStrm.ColorFormatId = XVIDC_CSF_RGB;
VidStrm.FrameRate = XVIDC_FR_60HZ;
VidStrm.IsInterlaced = FALSE;
VidStrm.ColorDepth = XVIDC_BPC_8;
VidStrm.PixPerClk = XVIDC_PPC_1;
VidStrm.Timing.HActive = width;
VidStrm.Timing.VActive = height;
TimingPtr = XVidC_GetTimingInfo(VidStrm.VmId);
VidStrm.Timing = *TimingPtr;
/* Configure Frame Buffers */
Status = XVFrmbufWr_SetMemFormat(&FrmbufWr, StrideInBytes, XVIDC_CSF_MEM_RGB8, &VidStrm);
if(Status != XST_SUCCESS) {
xil_printf("ERROR:: Unable to configure Frame Buffer Write\r\n");
return(XST_FAILURE);
}
Status = XVFrmbufWr_SetBufferAddr(&FrmbufWr, (UINTPTR)0x10000000);
if(Status != XST_SUCCESS) {
xil_printf("ERROR:: Unable to configure Frame Buffer Write buffer address\r\n");
return(XST_FAILURE);
}
/* Enable Interrupt */
XVFrmbufWr_InterruptDisable(&FrmbufWr);
/* Start Frame Buffers */
XVFrmbufWr_Start(&FrmbufWr);
xil_printf("INFO: FRMBUF configured\r\n");
usleep(1000);
XVFrmbufWr_DbgReportStatus(&FrmbufWr);
return (XST_SUCCESS);
}
结果呢，等我写完代码进行测试时候，发现1080p的视频输入板子没有任何反应。看了一下原理图，HDMI RX的连接器使用的是交流耦合，然后进入FPGA的，但是耦合的电容后面的端接电阻没有焊接，那我手动焊接一下。
这里为什么要用交流耦合，是因为输入的TMDS信号与接入的FPGA HP BANK电压不能匹配，我们需要将TMDS信号转为LVDS信号才能输入HP BANK。
可以看一下这篇文档：交流耦合的优点
https://www.maximintegrated.com/cn/app-notes/index.mvp/id/4085
下图就是跟MIZ7035使用到的相同端接方法
但是这里的VCC是3.3V，戴维宁等效电阻算出来是50欧。而我们的系统的VCC是1.8V，LVDS的共模电压为1.2V，根据戴维宁端接方法计算：
1.2V/1.8V=2/3=2R/(1R+2R) ->上拉电阻为1R、下拉电阻为2R
1R*2R/(1R+2R)=50
得到R=75,2R=150。
运气比较好，在电阻本里刚好找到了这两个阻值的电阻，焊接上去。
果然能够显示了，但是分辨率最高只能设置到1600*900。比这个值大的分辨率却不能正常显示，出现的是蓝色的条纹。还没分析出具体的原因。我用ila在线抓过dvi2rgb的信号，发现它的输出信号是有异常的，但是时钟看起来没有问题，看来问题就是出现在了这个ip中的某个地方。我试了将ac耦合电容换成0.2uf将lvds输入信号的摆浮稍微提高了一些，仍然没有效果。实在是不知道该怎么解决了。那就先用1600*900区测吧。
dvi2rgb中iodelay使用的是200MHz参考时钟，在1080p的时候serdes只有大约17个间隔，不知道是不是data信号的抖动过大导致不能锁住？可以去改成300MHz，但是改了后对低分辨率的可能又不支持了。
在这之中，还焊接过上拉10K下拉20K的方法，但是能够正常输入的分辨率支持的更低了，看来阻抗还是对整个系统有影响的。没学过高速电路，搞得人有点不太懂额。又问了老板，老板说他们AC耦合时候也能支持到1600*900，我当时没有试，那看来我后面接的戴维宁电阻没起到用处？
4 使用PL侧的DDR作为缓冲
前面代码在0x10000000位置创建了一个帧缓冲，是位于PS侧的DDR3。在SDK中使用搜索替换功能，将所有的0x10000000替换为0xC0000000，编译并重新下载。
HDMI输入输出依然OK，这就说明我们的PL DDR也是能作为图像缓存的，不错不错。
5 三重缓冲
输入输出打通了，但是只用了一块帧缓存。可以想一想，同时对一片区域的读写，当输入输出时钟频率完全同步时，可能有机会得到一个正常的视频显示。但实际是频率有略微差别的，所以输入输出会在每一时刻发生对一个字节数据的同时读写，这时候就会发生图像撕裂，或是一些其他的情况。因此需要使用多个缓存进行图像缓冲，实现读写不在同一个缓冲的目的。经常使用的缓冲数有2或3。图像处理时有可能CPU也去参与到其中，而CPU是带cache的，数据更新到DDR是有时间要求的，所以使用3重缓冲更为合适。这也只是我的经验，不同情况下可能有不同的结果。
这里说一下思路，具体实现等有空了再来做。
Xilinx的VDMA IP是带有多个缓冲自动切换功能的，但是毕竟没有mix IP好用。
为了同步，有以下几个方面需要进行处理：
- 视频输入是经过frmbuf_wr写进内存的，所以需要使用它的中断信号来对输入进行同步处理
- 视频输出是经过mix和tpg输出到外部显示器的，所以可以选择，我一般会用mix的中断来对输出进行同步处理
- 在该系统中，输出的高速时钟是通过板内外部100m时钟倍频得到的，而输出的高速时钟是PC给板子的。若只是一个输入输出显示的工程，这样做就可以了。但若是一个严格要求的视频处理卡（做到0丢帧），则需要将输入的高速时钟接入到HDMI TX通道中去，这样才能够保证两个通道达到完全意义上的同步。
3 总结
在MIZ7035开发板上完成了HDMI输入输出的设计，分析了开发板设计上的一些问题（这些问题还真的很费时间）。
给出了整个工程的驱动代码，大家可以参考使用。