HDMI FrameBuffer示例设计

电路

HDMI FrameBuffer示例设计2018.1
目录1概述
2软件工具和系统要求
2.1硬件
2.2软件
2.3许可
3设计
3.1硬件
3.2软件应用
3.3设计组件
4教程
4.1电路板设置
4.2构建和运行流程
4.2.1硬件
4.2.2 PetaLinux BSP
4.2.3软件应用
运行流程教程
5其他信息
5.1已知问题
5.2限制
6支持
相关链接

1概述
Zynq UltraScale + MPSOC HDMI（高带宽数字多媒体接口）示例设计是在APU和PL上运行的嵌入式视频应用，通过可选的HDCP（高带宽数字内容保护）功能展示Linux下的连接解决方案。

该设计演示了PL中实现的HDMI接口的捕获和显示功能，使用户能够相对轻松地将视频数据输入和输出FPGA，并使用HDCP Revision 1.4 / 2.2安全地从/向其发送视听数据。 HDCP保护源/接收器。通常，HDCP 2.2用于加密超高清（UHD）的内容，而HDCP 1.4用作较低分辨率的传统加密方案。

2软件工具和系统要求
2.1硬件
需要：

具有生产芯片的ZCU102评估板（Rev 1.0）
使用高达UHD分辨率的HDMI输入进行监听（3840x2160 @ 60Hz）
HDMI Premium认证电缆
Micro-USB线，连接到笔记本电脑或台式机，用于终端仿真器
SD卡

2.2软件
需要：

带有Ubuntu 16.04 LTS的Linux主机，适用于所有工具流程教程（有关详细的操作系统要求，请参阅UG1144）
Vivado Design Suite版本2018.1
PetaLinux Tools版本2018.1（有关安装说明，请参阅UG1144）
Git分布式版本控制系统
Silicon Labs四路CP210x USB转UART桥接驱动器
串行终端仿真器，例如Teraterm
参考设计Zip文件
ZCU102 rev 1.0包括所有源代码和项目文件。

2.3许可

重要提示：本参考设计中的某些材料由第三方单独许可，可能受GNU通用公共许可证第2版，GNU宽通用许可证版本2.1或其他许可证的约束。该第三方库源 zip文件规定，不包含在参考设计单独许可材料的副本。[TODO：指向HDMI TPL源的更新链接]
您只需要Vivado Design Suite许可即可构建设计。您可以评估30天或在此处购买。
您还需要HDMI IP Core评估许可证才能构建此设计。您可以在此处申请IP评估许可证
该设计有两种风格 - 一种具有HDCP功能，另一种没有。要使用HDCP功能，用户需要拥有自己的HDCP密钥。此外，用户还需要实施HDCP IP。Xilinx提供IP来实现HDCP加密模块，但在法律上只能为使用HDCP2.2的用户提供IP - HDCP采用者列表在此验证https://www.digital-cp.com/licensee-list。如果您或您的公司不是HDCP采用者，我们建议使用非HDCP版本的设计。

生成许可证的步骤：

使用您的工作登录此处电子邮件地址（如果您还没有帐户，请按照创建帐户下的步骤操作）
通过选中“Vivado Design Suite，30天评估许可证”，从“创建新许可证”生成许可证

在系统信息下，提供主机详细信息。
继续，直到您获得许可协议并接受它。
许可证（.lic文件）将被发送到登录详细信息中提到的email-id。
在本地复制许可证文件，并在SDSoC许可证管理器中提供相同的路径。

3设计
3.1硬件
2种参考设计可提供不同的IP配置，以演示目标功能

2个像素/时钟，8位色深，无HDCP
2个像素/时钟，10位色深，带HDCP 1.4和2.2（显示深色和HDCP功能）

该示例设计围绕HDMI 1.4 / 2.0发送器子系统（HDMI_TX_SS），HDMI 1.4 / 2.0接收器子系统（HDMI_RX_SS），视频PHY（VPHY）控制器内核构建，并利用现有的Xilinx IP内核构成完整的系统。VPHY控制器内核已针对HDMI应用进行了配置，允许与板载HDMI 2.0电路之间传输和接收HDMI视频/音频。

在直通模式下，VPHY Controller核心恢复高速串行视频流，将其转换为并行数据流，然后将其转发到HDMI_RX_SS核心，从核心流中提取视频并将其转换为AXI流。AXI视频连接到帧缓冲区写入IP，以用户指定的存储器格式将此数据写入DDR。在显示器侧，帧缓冲读取IP从DDR读取数据并将其发送到HDMI_TX_SS内核，后者将AXI视频转换回HDMI流，然后由VPHY Controller内核作为高速串行数据流进行传输。

3.2软件应用
HDMI传递应用程序aka video_cmd是一个用户空间应用程序，用于演示显示管道的端到端捕获。不对存储在存储器中的帧执行视频处理。在初始化期间，video_cmd可以检测插入RX端口的视频源，然后进入直通模式。如果video_cmd找不到任何源，它将以TPG模式启动并开始流式传输SMPTE色条（由集成到软件应用程序中的开源模式测试实用程序生成）。video_cmd还可以检测输入中的任何变化，如视频源热插拔，视频源断开，分辨率更改，颜色格式更改，用户输入等，并相应地进行调整。

如果用户在支持HDCP的设计上运行此应用程序，则应用程序需要在EEPROM上提供生产HDCP密钥（有关详细信息，请参阅HDMI IP产品指南pg235 / 236），并提示用户在初始化期间输入密码。如果用户输入正确的密码，应用程序将从EEPROM中检索HDCP密钥并将其加载到IP中并启用HDCP功能。提供3次尝试输入正确的密码，失败导致应用程序启动HDCP功能被禁用。

video_cmd是一个交互式工具，用户可以从以下菜单中选择操作：

---------------------
--- MAIN MENU ---
---------------------
i - Info
=> Displays HDMI info.
h - HDCP Info
=> Displays HDCP info.
d - Display Logs
=> Display HDMI and HDCP logs.
c - Colorbar
=> Displays the colorbar on the source output.
r - Resolution
=> Change the video resolution of the testpattern.
f - Pixel-Format
=> Change the pixel-format of the testpattern.
p - Pass-through
=> Passes the HDMI sink input to source output.
t - Tiles-pattern
=> Displays a tile-pattern on the source output.
e - EDID
=> Display and set edid.
99 - Exit

3.3设计组件
顶级目录结构显示主要设计组件。提供预先构建的SD卡图像以及基本README和法律声明文件

下图显示了相关的设计组件以及相互依赖关系和生成的输出产品

4教程
4.1电路板设置
需要：

将电源连接到12V电源连接器。
将HDMI电缆连接到电路板上的HDMI Rx连接器（底部）; 将另一端连接到HDMI源
显示屏 - 将HDMI电缆连接至主板上的HDMI Tx连接器（顶部）; 将另一端连接到显示器
将micro-USB线连接到USB-UART连接器; 使用以下设置为您的终端模拟器：
- 波特率：115200
- 数据：8位
- 平价：无
- 停止：1位
- 流量控制：无
插入SD卡（FAT格式），其中包含从$ HDMI_HOME / images目录复制的二进制文件。

跳线和开关：

将启动模式设置为SD卡：
- Rev 1.0：SW6 [4：1] - 关闭，关闭，关闭，开启

要为设计运行预先构建的SD卡映像，请按照此处的说明进行操作。

4.2构建和运行流程
以下教程假设$ HDMI_HOME环境变量已设置如下

% export HDMI_HOME=/zcu102_hdmi_b_[hdcp]_exdes_2018_1/

4.2.1硬件
Vivado TCL脚本包含在存档文件中，使用户可以从头开始创建HDMI硬件设计。要执行该脚本，请确保vivado 2018.1工具可用且已在shell中获取

% cd $HDMI_HOME/pl
% vivado -s ./design/setup.tcl

这将打开Vivado GUI并生成硬件设计。

单击“PROGRAM AND DEBUG”选项卡下的“Generate Bitstream”，然后等待生成比特流。
单击“文件 - >导出 - >导出硬件”。选中“包含比特流”框，然后单击“确定”。这将在以下位置生成存档文件（.hdf）hdmi_project / hdmi_example_zcu102.sdk / hdmi_example_zcu102_wrapper.hdf
将生成的hdf文件复制到PetaLinux hw-description文件夹并重命名为system.hdf

% cp hdmi_project/hdmi_example_zcu102.sdk/hdmi_example_zcu102_wrapper.hdf $HDMI_HOME/apu/petalinux_bsp/project-spec/hw-description/system.hdf

4.2.2 PetaLinux BSP
本教程介绍如何使用PetaLinux构建工具构建Linux映像和引导映像

将2018.1内核下载到本地文件夹并签出xlnx_rebase_v4.14分支

% git clone https://github.com/Xilinx/linux-xlnx.git
% cd linux-xlnx
% git checkout xlnx_rebase_v4.14

配置petalinux以使用下载的内核源

% cd $HDMI_HOME/apu/petalinux_bsp
% petalinux-config
   Linux Components Selection--->linux-kernel ---> Select "ext-local-src"
   Linux Components Selection--->External Linux-kernel local source settings---> Enter the folder path where the kernel sources were downloaded

Save and exit

//Note: Default local folder setting in bsp is set to /home/2018.1/kernel/Linux-xlnx//

HDMI驱动程序可用作树外内核模块。petalinux_bsp / project-spec / meta-user / recipes-hdmi / hdmi中包含一个配方，它将在构建过程中自动从github获取hdmi驱动程序
设计硬件文件应该在hw-description文件夹中可用
与rootfs一起构建项目映像文件

% petalinux-build

创建启动映像

% cd images/linux
% petalinux-package --boot --fpga system.bit --f***l zynqmp_f***l.elf --pmufw pmufw.elf --u-boot

将生成的BOOT.BIN和image.ub文件复制到SD卡目录

% cp BOOT.BIN image.ub $HDMI_HOME/images

4.2.3软件应用
HDMI传递应用程序是一个用户空间应用程序，它实现和管理视频管道（捕获到显示）并动态响应输入的变化以相应地调整输出。

要编译此应用程序，请参阅apu / hdmi_passthrough_app文件夹中提供的README.md文件中提供的说明

将生成的应用程序二进制文件复制到SD卡目录

% cp video_cmd $HDMI_HOME/images

运行流程教程

请参阅此处了解电路板设置说明
将所有文件从$ HDMI_HOME / images SD卡目录复制到FAT格式的SD卡。
打开电路板以启动图像; 确保INIT_B，已完成和所有电源轨LED指示灯呈绿色亮起。
大约20秒后，显示屏将亮起，应用程序将自动启动，目标是显示器支持的最大分辨率。应用程序将检测输入源是否连接到HDMI Rx。如果检测到有效输入，应用程序将自动切换到Rx并更新输出分辨率以跟随输入。如果未检测到源，则SMPTE Colorbars将以显示器的原始分辨率显示

5其他信息
5.1已知问题

使用video_cmd应用程序时，Sink Hot-Plug（HDMI-Tx-> Monitor / Tv）测试时间很长（约为10秒）。这是因为应用程序通过轮询机制监视连接器状态。在Tx电缆插拔事件应用程序检测状态变化（约5秒检测时间），并将通过UART向用户提供检测到的状态的文本反馈。此延迟问题将在2018.3中修复。Sink电缆拔出/插头的步骤如下
- 拔下Tx线
- 等待应用程序检测电缆状态（通过UART上的文本反馈提供确认）
- 插上Tx线。应用程序将检测电缆状态，如果连接了有效的Rx源或将切换到TPG模式，将切换到直通模式。
上述问题还会导致某些HDCP接收器和HDCP一致性测试出现问题
在EDID中使用减少的消隐时序参数时，某些HDMI Tx监视器可能无法在4K60处可靠地同步。
- 飞利浦BDM 4350UC / 61

5.2限制

该应用程序不支持音频
该应用程序不支持隔行输入/输出视频内容

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