【FPGA】通俗理解从VGA显示到HDMI显示

注：大部分参考内容来自“征途Pro《FPGA Verilog开发实战指南——基于Altera EP4CE10》2021.7.10（上）” 

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hdmi显示器驱动设计与验证 — [野火]FPGA Verilog开发实战指南——基于Altera EP4CE10 征途Pro开发板 文档

VGA正文开始

要通俗的理解VGA显示驱动，就要知道实物长什么样子，如下图所示，VGA接口总共有15个，但是需要我们关心的只有以下五个，分别是：

1：红基色，模拟信号，三原色中的R

2：绿基色，模拟信号，三原色中的G

3：蓝基色，模拟信号，三原色中的B

13：行同步，负责显示过程中“行”的扫描

14：场同步，负责显示过程中“场（列）”的扫描

VGA的显色原理图如下

假设我们需要显色的图像是640x480的，这一幅画面上，横着的点有640个，竖着的点有480个。我们通过行同步信号和场同步信号来确定每个点的位置，然后给每个点一个数据（8位：RGB232、16位：RGB565、24位：RGB888等），即可显示出一副画面。

所以说，要想使VGA显示一副画面，就需要我们利用FPGA向行同步和场同步输出显示点的位置，然后利用FPGA向红基色接口、绿基色接口和蓝基色接口赋值即可。

所以编写VGA的驱动模块就变得十分的简单了，只需要利用我们的FPGA，向VGA外设输出行同步信号、场同步信号和数据即可。

在绑定管脚时，行同步和场同步各一根线绑定，RGB数据，各按照自己的位宽绑定即可（例如我这里是绑定16根线）

HDMI正文开始

上面讲了关于VGA的驱动，我们可以看出VGA 显示具有成本低、结构简单、应用灵活等优点，但缺点是 VGA 使用的模拟信号（R、G、B）极易受到外界干扰源的影响，产生信号畸变，而且 VGA 接口体积较大， 不利于便携设备的使用。

这个时候，HDMI接口便应运而生了。（讲解HDMI A Type）

HDMI接口的实物如下图所示，共有19个接口，但在显示图像时，我们只需要用到10个接口，分别是：

7、9：数据0+、数据0-（差分信号，抗干扰）

4、6：数据1+、数据1-

1、3：数据2+、数据2-

10、12：时钟+、时钟-

15、16：SCL、SDA -> 发送端与接收端通过I2C协议，得知彼此的发送与接收能力。

所以说，如果要用FPGA驱动HDMI显示，则FPGA应该向对HDMI的十个接口进行赋值，分别是数据0+、数据0-、数据1+、数据1-、数据2+、数据2-、时钟+、时钟-，这十个接口全部为1Bit数据,同时这十个接口也是FPGA需要往HMDI上面绑定的十个管脚，模块框图如下:

VGA转HDMI 

VGA输出的RGB数据，我们可以通过特定的模块转为数据0+、数据0-、数据1+、数据1-、数据2+、数据2-。时钟我们也可以通过一个模块把输入的时钟转为差分时钟。

假设RGB一共24位（R分量占8位，G分量占8位，B分量占8位），此时我们就可以分别把R、G、B转为串行差分信号进行输出

R-------->数据0+、数据0-；

G-------->数据1+、数据1-；

B-------->数据2+、数据3-；

在转换的过程中我们需要注意并行转串行、单端转差分、以及编码（8位转9位），HDMI协议所要求。

所以顶层模块变成如下框图所示：