用了很多年的zynq 7000，一直就沒做hdmi 顯示實驗。前幾天終于做了這個實驗，也就做一個總結。

我的實驗是在微相的z7-lite下根據他們的教程完成的。平臺是windows 10 , Vivado 2018.3。如果硬件設計不一樣，主要是替換rgb2dvi 模塊和gpio 中斷部分。

工程資料下載，

鏈接：https://pan.baidu.com/s/11-RLOYtl1AyxcQ_XGbw2YQ?
提取碼：zvnc?

這個下載里里三個文件，一個hdmi_out 全工程67M，下了這個就包含其他2個了，如果只是ip ，可以下hmdiip(375k)，如果只是源代碼 hdmisrc( 15M)，主要是圖形數據占空間。
如果你有微相的資料，那就是 z7_Lite\03_SDK_Demo\17_hdmi_out

IP準備

這個實驗用了2個IP，可以從?https://github.com/Digilent/vivado-library?下載。但我實驗中用的是微相提供的是rgb2dvi_v1_2，這個ip 在工程的ip_repo目錄里。

該鏈接內有 Digilent 提供的很多個自定義 IP，但這個實驗只用2個。其中 axi_dynclk??是時鐘發生模塊，會根據不同的屏幕分辨率，自動生成相應的像素時鐘和串行時鐘，而rgb2dvi??模塊會將圖像的紅綠藍信號轉換成MDS 信號， 送往 HDMI 端口發出。網上版本比較新，我本想用新版本做測試的，結果sdk的時候報錯，只好用微相提供的版本。IP文件目錄如下圖所示：

在這里特別注意： if 文件目錄也要復制，就是if 目錄，其中包含了tmds 目錄。ip目錄下的 axi_dynclk， rgb2dvi 。圖中內容復制到你的你的ip_repo，就是集中放IP的目錄，我這目錄下就放了其他IP。

開始的時候，我習慣只把ip 下的目錄復制過來，結果通過不了。

硬件設計

在 Vivado 下新建一個工程，名字為 hdmi_out。整個硬件設計是比較復雜的，我把它分為幾個部分：

添加ip目錄，添加并配置zynq，添加 VDMA IP，AXI-Stream Subset Converter 模塊，AXI4-Stream to Video Out 模塊，Video Timing Controller 模塊，rgb2dvi 模塊，中斷合并。

圖像數據的流向是：zynq的DDR中， VDMA 讀取，AXI-Stream Subset Converter轉換，AXI4-Stream to Video Out 模塊，rgb2dvi 模塊輸出。

Run Automation Connect的時候，一般只勾選當時介紹的IP， 如果多勾了，與后面指定操作沖突時，可以選擇腳，右鍵，Disconnect Pin，使它脫離連接。

添加ip 目錄?

在主窗口左側邊欄 Project Manager 下點擊 Project Settings 選項， 向工程中添加這兩個自定義 IP，其實是把 IP 存放目錄加上去如下圖所示：

可以Project Manager -> IP Catalog 看到我們添加的IP。?

原理圖添加并配置zynq

新建一個原理圖， 加入zynq ，原理圖是這樣的：

?雙擊zynq進行設置:

點擊 PS-PL Configuration 選項， 在 HP Slave AXI interface 下勾選 S AXI HP0? interface， 本節實驗要用這個端口獲取 DDR 中存儲的圖像數據。

使能 UART0，這與開發板有關，z7_lite對應的是14，15。

點擊 Clock Configuration 選項，在 PL Fabric Clocks 窗口，勾選 FCLK_CLK0和 FCLK_CLK1，并將其分別設為 100， 140MHz。 其中 FCLK_CLK0 將作為 Zynq配置各個模塊的時鐘， 而 FCLK_CLK1 將作為圖像數據流的時鐘，

再點擊 DDR Configuration， 選擇跟開發板一致的 DDR 型號.z7_lite 是 MT41K256M16 RE-125，16 Bit

再點擊 Interrupt 選項，激活 IRQ_F2P[15:0]選項，點擊 OK，配置完成。

手動連接 FCLK_CLK0 到 MAXI_GPO_ACLK， 連接 FCLK_CLK1 到 S_AXI_HP0_ACLK，

檢查并對比，原理圖是否一致。

添加 VDMA IP?

如下圖所示：

VDMA 添加完成如下圖所示：
?

?

雙擊上圖 axi_vdma_0， 進行參數配置。 首先 Basic 選項， Address Width設為 32 bits， 尋址空間可以達到 4GB。 Frame Buffers 設為 1，取消 Enable WriteChannel 選項，因為本實驗 VDMA 只從 DDR 中讀取圖像數據。 在 Enable Read Channel 下， 將 Line Buffer Depth 改為 4096， 其它默認， 如下圖所示：

再點擊 Advanced 選項卡， 將 GenLock Mode 改為 Master，點擊 OK 完成配置。

現在原理圖是如下樣子，點擊 Run Connection Automation，自動生成 AXI 互聯總線及系統復位電路，在彈出的對話框中勾選 All Automation， 點擊 OK。

然后手動將 m_axis_mm2s_aclk 和 m_axi_mm2s_aclk 兩個時鐘連在一起。

AXI-Stream Subset Converter 模塊

添加 AXI-Stream Subset Converter 模塊
?

添加完成后如下圖所示：

雙擊上圖的 axis_subset_converter_0，如下配置。

TDATA 輸入為 32-bit，即 4-Byte，輸出為 24-Bit， 即 3-Byte。

將 TKEEP、 TLAST 修改為 yes，并將 USERWidth 置為 1，

這里要重點說一下 TDATA Remap String 項，因為要顯示的圖像在 DDR 中的存儲方式為 24-bit 默認方式 B， G， R，分別以[7:0]， [15:8]， [23:16]組成 24-bit，而本例中使用的產生 TMDS 信號模塊 rgb2dvi 的像素排序為 R， B， G，所以需要在 TDATA Remap String 這一項做順序調整。調整字符串為：tdata[23:16],tdata[7:0],tdata[15:8]

配置如下圖所示：

配置好了，點OK。

手 動 連 接 axis_subset_converter_0 的 S_AXIS 端 口 到 axi_vdma_0 的M_AXIS_MM2S 端口。

并將其 aclk 連接到 FCLK_CLK1 時鐘網絡。 如下圖所示：

增加一個常量輸出模塊 Constant， 將 axis_subset_convert_0 的復位端口 aresetn 拉高，使其始終處于工作狀態，

雙擊剛剛添加的 xlconstant_0，保持默認的 1bit 位寬輸出高電平 1 的配置，點擊 OK，

將 xlconstant_0 的 dout 端口連到 axis_subset_converter_0 的 aresetn端口，
?

AXI4-Stream to Video Out 模塊

添加 AXI4-Stream to Video Out 模塊。本例用這個模塊將 VDMA 從 DDR 讀出的 AXI4-Stream 轉換成 RGB 圖像數據。

雙擊 v_axi4s_vid_out_0 進行配置。

將 FIFO Depth 改為 4096，

Clock Mode 設為 Independent，

Timing Mode 設為 Master，點擊 OK。

手動將 v_axi4s_vid_out_0 的 video_in 端口連接到 axis_subset_converter_0的 M_AXIS 端口，

再將其 aclk 連接到 FCLK_CLK1 時鐘網絡，如下圖，
?

Video Timing Controller 模塊

添加 Video Timing Controller 模塊。本例使用這個模塊，來產生不同的分辨率下時序控制信號。

雙擊 v_tc_0 進行配置。取消掉 Enable Detection 選項的勾選，其它保持默認，點擊 OK，

點擊 Diagram 窗口的 Run Connection Automation，自動生成 v_tc_0 模塊的相關連接。

勾選 All Automation， 點擊“ OK”。
?

連接 v_tc_0 的 vtiming_out 端口到 v_axi4s_vid_out_0 的 vtiming_in 端口，

連接 v_tc_0 的 gen_clken 端口到 v_axi4s_vid_out_0 的 vtg_ce 端口，

rgb2dvi 模塊

添加 rgb2dvi 模塊。此模塊將 RGB 信號轉換為 DVI 信號，即 TMDS 格式。

雙擊 rgb2dvi_0 進行配置。 這里取消勾選 Reset active high

和 Generate SerialClk internally from pixel clock，

信號頻率設置選擇<120MHz(720p)這一項。

連接 v_axi4s_vid_out_0 的 vid_io_out 端口到 rgb2dvi_0 端口，

右鍵單擊 rgb2dvi_0 的 TMDS 端口， 選擇 Make External 生成外部引腳，
?

添加時鐘生成模塊，點擊上方工具欄“ +”，在搜索框輸入 dynclk， 回車添加模塊。

此模塊使用默認參數， 點擊 Run Connection Automation

將 axi_dynclk_0的像素時鐘 PXL_CLK_O 端口連接到 rgb2dvi_0 的 PixelClk 端口，

并將其串行時鐘PXL_CLK_5X_O 端口連接到 rgb2dvi_0 的SerialCLk 端口，

再將 axi_dynclk_0 的 LOCKED_O 端口連接到 rgb2dvi_0 的 aRst_n 端口，

這樣當鎖相環鎖定，即時鐘信號穩定輸出時，rgb2dvi 模塊開始工作，

做到這我沒截圖，所以下面圖中還包含了一些下一步的連線。

將 v_tc_0 的 clk 端口連接到 axi_dynclk_0 的 PXL_CLK_O 端口上。同樣，
將 v_axi4s_vid_out_0 的 vid_io_out_clk 也連接到 PXL_CLK_O 這一網絡上，

中斷合并

添加 GPIO 模塊，用作 HDMI 的熱拔插檢測信號 HPD

雙擊 axi_gpio_0 進行配置，將其設為 1 位輸入， 使能 Interrupt，點擊 OK，
?

將端口名稱修改為“ HDMI_HPD”，
?

添加一個 concat 模塊，將所有中斷信號集中起來，然后再連接到 Zynq 處理器的中斷輸入端口。
?

雙擊 xlconcat_0 進行配置。本例中有 3 個中斷信號， 設置端口數為 3， 點擊 OK， 如下圖所示：
?

將 axi_gpio_0 的 中 斷 端 口 ip2intc_irpt ， axi_vdma_0 的 中 斷 端 口mm2s_introut， v_tc_0 的中斷端口 irq，分別連接到 xlconcat_0 的 In0， In1， In2上，并將 xlconcat_0 的輸出端口 dout 連接到 Zynq 的 IRQ_F2P 上，

由于圖比較大，可能腳比較遠，也可以選擇要連接的端口之一，比如axi_vdma_0 的 中 斷 端 口mm2s_introut，然后右鍵選擇 Make Connetion，出現可能的連線，然后做一個選擇，下圖中選擇xlconc_0 的In1。看下圖所示：

連接后是這樣的，

硬件設計完成了，如果有?Run Block Automation 提示，那就點擊 Run Block Automation，在彈出的對話框中全選所有信號端口，點擊“ OK”。
?

點擊 Regenerate Layout 生成標準布局如下圖， 再點擊 Validate Design 驗證設計：
?

驗證成功后， 彈窗點擊 OK， Ctrl+S 保存設計。

我的在驗證時出現如下錯誤：

[BD 41-1343] Reset pin /v_tc_0/resetn (associated clock /v_tc_0/clk) is connected to reset source /rst_ps7_0_100M/peripheral_aresetn (synchronous to clock source /processing_system7_0/FCLK_CLK0).
This may prevent design from meeting timing. Please add Processor System Reset module to create a reset that is synchronous to the associated clock source /axi_dynclk_0/PXL_CLK_O.

我對照一下，點擊pin /v_tc_0/resetn， 然后右鍵 Disconnect Pin，再驗證就好了。

來到 Source 窗口， 生成設計代碼和頂層文件， 右鍵點擊 hdmi_out 選擇Generate Output Producs， 在彈出的窗口點擊 Generate，點擊 OK。 右鍵點擊hdmi_out 選擇 Create HDL Wrapper，在彈出的窗口點擊 OK。

添加管腳約束，這里可以直接添加一個約束文件，然后把下面內容復制過去就可。

set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {HDMI_HPD_tri_i[0]}] set_property PACKAGE_PIN P19 [get_ports {HDMI_HPD_tri_i[0]}] set_property PACKAGE_PIN U18 [get_ports TMDS_0_clk_p] set_property PACKAGE_PIN V20 [get_ports {TMDS_0_data_p[0]}] set_property PACKAGE_PIN T20 [get_ports {TMDS_0_data_p[1]}] set_property PACKAGE_PIN N20 [get_ports {TMDS_0_data_p[2]}]

這個約束文件很簡單，看電路圖，都用了腳對，雖然4個腳，實際是8個腳。

原文中有設置約束文件的方法，不錯，值得學習。但復制約束文件比較簡單。

產生比特流，輸出硬件（要包含比特流），然后打開SDK，就開始軟件設計部分了。

軟件設計

在打開的 SDK 軟件內點擊 File > New > Application Project， 工程名填入“ hdmi_out”， 工程模板選擇 Empty Application 工程， 點擊 Finish。

創 建 完 成 后 ， 打 開 資 料 目 錄hdmi_out/hdmi_out.sdk/hdmi_out/src 文件夾，復制文件夾內的所有文件，粘貼到當前工程同樣的目錄下(注意，不要覆蓋本工程下的 lscript.ld)， 右鍵單擊工程 hdmi_out
選擇 Refresh，則開始自動編譯。雙擊打開 src 目錄底下的 display_demo.c， 這就是 SDK 主程序。
接下來講解代碼，展開工程下的 src 可以看到文件結構如下圖所示， 其中display_ctrl 文件夾包含不同視頻分辨率情況下的時序控制， dynclk 包含不同分辨率情況下的像素時鐘和串行時鐘生成。
?

打開 display_demo.c 文件，這就是本實驗的主程序，我們分段講解各部分的作用。

#include <stdio.h> #include <math.h> #include <ctype.h> #include <stdlib.h> #include "xil_types.h" #include "xil_cache.h" #include "xparameters.h" #include "display_demo.h" #include "display_ctrl/display_ctrl.h" #include "display_ctrl/vga_modes.h"// Image data for each resolution //@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@ //#include "pic_800_600.h" //#include "pic_1280_720.h" //#include "pic_1280_1024.h" #include "pic_1920_1080.h" //@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@/** XPAR redefines*/ #define DYNCLK_BASEADDR XPAR_AXI_DYNCLK_0_BASEADDR #define VGA_VDMA_ID XPAR_AXIVDMA_0_DEVICE_ID #define DISP_VTC_ID XPAR_VTC_0_DEVICE_ID/* ------------------------------------------------------------ */ /* Global Variables */ /* ------------------------------------------------------------ *//** Display Driver struct*/ DisplayCtrl dispCtrl; XAxiVdma vdma;/** Frame buffers for video data*/ u8 frameBuf[DISPLAY_NUM_FRAMES][DEMO_MAX_FRAME]; u8 *pFrames[DISPLAY_NUM_FRAMES]; // array of pointers to the frame buffers/* ------------------------------------------------------------ */ /* Procedure Definitions */ /* ------------------------------------------------------------ */int main(void) {int i;int Status;XAxiVdma_Config *vdmaConfig;/** Initialize an array of pointers to the 3 frame buffers*/for (i = 0; i < DISPLAY_NUM_FRAMES; i++){pFrames[i] = frameBuf[i];}/** Initialize VDMA driver, get the hardware VDMA configurations*/vdmaConfig = XAxiVdma_LookupConfig(VGA_VDMA_ID);if (vdmaConfig == NULL){xil_printf("No video DMA found for ID %d\r\n", VGA_VDMA_ID);}/** Use hardware VDMA configurations to initialize the driver*/Status = XAxiVdma_CfgInitialize(&vdma, vdmaConfig, vdmaConfig->BaseAddress);if (Status != XST_SUCCESS){xil_printf("VDMA Configuration Initialization failed %d\r\n", Status);}/** Initialize the Display controller and start it*/// Video Mode for each resolution//@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@//VideoMode VMODE = VMODE_800x600;//VideoMode VMODE = VMODE_1280x720;//VideoMode VMODE = VMODE_1280x1024;VideoMode VMODE = VMODE_1920x1080;//@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@Status = DisplayInitialize(&dispCtrl, &vdma, DISP_VTC_ID, DYNCLK_BASEADDR, pFrames, DEMO_STRIDE, VMODE);if (Status != XST_SUCCESS){xil_printf("Display Ctrl initialization failed during demo initialization%d\r\n", Status);}Status = DisplayStart(&dispCtrl);if (Status != XST_SUCCESS){xil_printf("Couldn't start display during demo initialization%d\r\n", Status);}DemoPrintTest(dispCtrl.framePtr[dispCtrl.curFrame], dispCtrl.vMode.width, dispCtrl.vMode.height, dispCtrl.stride);return 0; }void DemoPrintTest(u8 *frame, u32 width, u32 height, u32 stride) {u32 xcoi, ycoi;u32 linesStart = 0;u32 pixelIdx = 0;for(ycoi = 0; ycoi < height; ycoi++){for(xcoi = 0; xcoi < (width * 4); xcoi+=4){//@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@/*// 800 x 600frame[linesStart + xcoi ] = Pixel_800_600[pixelIdx++]; // Blueframe[linesStart + xcoi + 1] = Pixel_800_600[pixelIdx++]; // Greenframe[linesStart + xcoi + 2] = Pixel_800_600[pixelIdx++]; // Red*//*// 1280 x 720frame[linesStart + xcoi ] = Pixel_1280_720[pixelIdx++];frame[linesStart + xcoi + 1] = Pixel_1280_720[pixelIdx++];frame[linesStart + xcoi + 2] = Pixel_1280_720[pixelIdx++];*//*// 1280 x 1024frame[linesStart + xcoi ] = Pixel_1280_1024[pixelIdx++];frame[linesStart + xcoi + 1] = Pixel_1280_1024[pixelIdx++];frame[linesStart + xcoi + 2] = Pixel_1280_1024[pixelIdx++];*/// 1920 x 1080frame[linesStart + xcoi ] = Pixel_1920_1080[pixelIdx++];frame[linesStart + xcoi + 1] = Pixel_1920_1080[pixelIdx++];frame[linesStart + xcoi + 2] = Pixel_1920_1080[pixelIdx++];//@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@}linesStart += stride;}/** Flush the frame buffer memory range to ensure changes are written to the* actual memory, and therefore accessible by the VDMA.*/Xil_DCacheFlushRange((unsigned int) frame, DEMO_MAX_FRAME); }

這部分提供了 4 個不同分辨率圖像的像素數據， 這些數據以頭文件的形式包含在工程目錄中，比如 pic_800_600.h。 以 800x600 圖像像素為例，如下圖，每個像素以三基色表示，一共 800x600x3 = 1440000 個數據點。屏幕左上角坐標(0,0)處第一個像素的藍色，綠色，紅色數值依次是 0xF1, 0xDC, 0xDB， 其它點的像素值依次類推。

pic_800_600.h 文件內容，其實就是定義圖形常量：

const unsigned char Pixel_800_600[1440000] = { 0XF1,0XDC,0XDB,0XF1,0XDC,0XDB,0XF3,0XDE,0XDD,0XF4,0XDF,0XDE,0XF5,0XE0,0XDF,0XF6,0XE1,0XE0, 0XF7,0XE2,0XE1,0XF7,0XE2,0XE1,0XFC,0XE7,0XE6,0XFB,0XE7,0XE6,0XFB,0XE7,0XE6,0XFC,0XE8,0XE7,...};

主程序的開始部分是4個全局變量的定義

/** Display Driver struct*/ DisplayCtrl dispCtrl; XAxiVdma vdma;/** Frame buffers for video data*/ u8 frameBuf[DISPLAY_NUM_FRAMES][DEMO_MAX_FRAME]; u8 *pFrames[DISPLAY_NUM_FRAMES]; // array of pointers to the frame buffers

顯示控制結構體 DisplayCtrl 和 VDMA 例化（讀者可以按住 Ctrl 鍵的同時鼠標左鍵點進去看看這兩個結構體包含的內容）。

然后是顯示數據定義。

main 函數：

先初始化pFrames（frame buffers 的指針）

?get the hardware VDMA configurations? ：vdmaConfig

初始化驅動

顯示啟動。

最后通過函數DemoPrintTest把顯示數據復制到顯示緩存，圖像就顯示了

程序結束

程序代碼是針對1600x1200的，如果要更改方式，有3個地方需要修改：

1，#include "pic_1920_1080.h"

2：VideoMode VMODE = VMODE_1920x1080;

3：DemoPrintTest函數中

? ? ? ? ? ? // 1920 x 1080
?? ??? ??? ?frame[linesStart + xcoi ? ?] = Pixel_1920_1080[pixelIdx++];
?? ??? ??? ?frame[linesStart + xcoi + 1] = Pixel_1920_1080[pixelIdx++];
?? ??? ??? ?frame[linesStart + xcoi + 2] = Pixel_1920_1080[pixelIdx++];

這3個地方都有//@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@

包括了，應該容易找到。

驗證

編譯好了，就可以驗證顯示了。

連接電腦 USB 到開發板 JTAG 口，連接電腦另一個 USB 到開發板 UART口，確保開發板啟動模式設置為 JTAG，連接開發板 HDMI 口到 HDMI 顯示器，給開發板上電。按照之前實驗的操作方式連接串口（在本實驗中，如果未發送錯誤則串口不打印信息）。其實每階段運行完了，給個階段顯示更好，可以加點print。
Xilinx->program FPGA下載比特流，然后Run->?Run Configuration，做如下選擇，然后Run

第一次的時候，我直接 Run As ->Launch on Hardware，結果沒顯示，按上面方法才顯示，可能要等的時間長一點。我新做這個實驗, Run As -> Launch on Hardware也能顯示。

做這個實驗還是花很多時間才完成，有點難。成功顯示后還有點成就感，再做一遍，并寫上此文。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的zynq 7000 的HDMI 显示实验的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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