HDMI相关

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PIN

HDMI引脚定义如图：
HDMI引脚定义.jpg
HDMI端子.jpg

其中

  • 1-9是TMDS数据传输实际上用到的引脚，一共3组
  • 10-12为TMDS时钟信号
  • 13为CEC控制引脚
  • 14为保留引脚
  • 15-16是I2C引脚，用于DDC传输，DDC通道除了用作EDID信息的传输，还用来做HDCP的验证，其对应I2C写地址一般是0x74。EDID的I2C写地址0xA0
  • 17接地
  • 18为5V供电
  • 19为Hotplug引脚

Hotplug

热插拔，当接上接口时就可以判断设备是否存在，以进行后续工作。

当计算机通过HDMI接口与显示器相连接时，主机通过HDMI的18脚向显示器供电，显示器接收到+5V电压后，通过内部电路使HDMI接口第19脚HPD转变为高电平，主机检测到HPD为高电平后，认为主机与显示器已经连接上，于是通过I2C读取显示器的EDID，满足条件后（比如显示器支持主机当前设置的分辨率），做HDCP交互认证，然后TMDS发送电路开始工作，输出图像和声音。

其中有两种Hotplug相关的情况会导致HDMI被识别为DVI：

  • Hotplug为High，不过EDID并没有准备好，那么信号源设备会由于无法读到EDID而认为接收设备为DVI，这样会导致HDMI有图像无声的问题。
  • Hotplug为Low，也会导致信号源无法读到EDID而认为接收设备为DVI，从而导致HDMI有图无声。

在TV这种有多个HDMI通道的情况下，有时会在多个HDMI通道进行切换，切换后HDMI通道应当先初始化，即先把Hotplug拉低，通知HDMI source device之前所用的EDID已经改变，需要重新读取，那么source device在Hotplug被拉高的时候会去读取新的EDID，但是拉低这个过程至少需要100ms，否则source device有可能不会去读取新的EDID，从而输出DVI信号。

EDID

相当于一个身份证，告诉主机，此显示器的参数、支持的特征。包括基本EDID和扩展EDID。存在于程序，由系统初始化，或存在与EEPROM。

  • EDID中有一块数据是VSDB（Vendor-Specific Data Block），如果包含IEEE分配给HDMI的固定数值，则认为是HDMI，否则被认为是DVI。
    HDMI1.4b 的 VSDB (H14b VSDB): 第一个Byte，Length至少是5，最多31；接下来3个Byte是IEEE分配给HDMI的固定数值：030C00h；随后2个Byte是物理地址。以上是至少包含的信息，后续内容为Extension Field。
    vsdb1.4.png
    HDMI2.0 的 VSDB (HF-VSDB): 第1个Byte，Length至少是5，最多31；接下来3个Byte是IEEE分配给HDMI的固定数值：D85DC4h；随后1个Byte是物理地址。以上是至少包含的信息，后续内容为Extension Field。
    vsdb2.0.png
    注意HF—VSDB不能与H14b VSDB相混淆、即使接收端支持HDMI2.0版本，也必须包含H14b VSDB（由HDMI H1.4b）定义，在E-EDID中是否包含是可选的。
    vsdb.png

  • EDID中有一块数据描述了CEC物理地址。

CEC

允许用户控制HDMI接口上所连接的设备。

在HDMI CEC最小系统里，所有通过HDMI连接在一起的设备（包括电视、DVD、机顶盒等）在物理连接上，各自的CEC是全部连接在一起，可以看做，在一条CEC线（标准HDMI接口的第13引脚）上挂着所有的设备。

Youtube上的一堂CEC课，讲得很不错。

Handshake

当一个带CEC功能的设备得到一个新的物理地址时，它将进行如下处理：

  1. 主动申请分配与之设备类型相应的逻辑地址；
  2. 通过广播来报告它的物理地址与逻辑地址的绑定。

CEC Physical Address.png
CEC Physical Address Discovery.png
Physical Address: Root display(TV) is always 0.0.0.0
Logical Address: Root display(TV) is always 0
CEC addressing.png

CEC设备的逻辑地址也是动态分配的，其分配方式如下：

  1. 根节点（通常是TV）直接设逻辑地址：0；
  2. 当设备A插入后，该设备的类型是已知的，因此可以为该设备A预设一个逻辑地址（如DVD，其预设地址为DVD1，即是4），并通过广播此地址；
  3. 当该逻辑地址已经被占用时，对应的占用设备会应答确认信息。设备A收到确认后，重设其他逻辑地址（如：DVD1->DVD2），并广播；
  4. 当检测到没有确认时，此逻辑地址可用，因此设备A占用此逻辑地址；
  5. 占用后，发送广播，其中包含了其物理地址和逻辑地址，声明对地址的占用。若询问一圈后，逻辑地址均被占用，则设备A的逻辑地址为15。

Message

总线保持高电平是闲态（IDLE）；
要发送消息，看总线是否空闲？如果是，则拉低总线电平，发送，否则，延迟发送；
一条CEC具体传输的指令：起始信号（一个3.7ms低电平+一个0.8ms高电平）+头部数据（起始设备的逻辑地址+接收设备的逻辑地址）+操作码+操作数。

因为，所有设备的CEC都挂在一条线上，所以，大家都能看到所有指令。如果头部数据里的接收逻辑地址是和自己相关的，此设备就会对操作码进行响应，如果头部数据里的接收逻辑地址和自己无关，此设备就忽略这个指令。

CEC通信信息结构模块包括：Header引导块和Data数据块。所有的Header块和Data块都是10bit大小。

Header = 源逻辑地址(source) + 目的逻辑地址(destination) + 信息结束位(EOM) + 应答位(ACK)
Data = 操作码(opcode)/操作数(operand) + EOM(End of Message) + ACK(Acknowledge)
EOM: 0表示还有一个或更多的数据块，1表示消息已完整
CEC Message Structure.png
CEC Protocol.png

例子：Standby指令：起始信号+00FF+0x36；其中，00表示电视的逻辑地址，FF表示广播地址，这里表示所有接收设备的集合，36表示Standby待机操作。此条指令可以翻译为：电视告诉所有设备，大家都进入待机状态。

HDCP

HDCP用于保护版权视频，通过DDC传输。

参考

干货知识：一篇文看懂HDMI1.0到HDMI2.1的规格变化
HDMI介绍与流程
HDMI之HPD
HDMI EDID 处理过程