DE10-Nano HDMI应用——ADV7513芯片解读

1 ADV7513的基本参数

ADV7513 是 Analog Devices推出的165 MHz 高清多媒体接口（HDMI）发射器芯片，它接收数字视频数据，将其转换成符合 HDMI 标准的信号进行输出。其基本参数如下：

参数类别	详细说明
视频输入	像素时钟：最高达 165 MHz 数据宽度：最少8bit，最多24 bit 色彩格式：RGB, YCbCr 支持分辨率：480i/p，576i/p，720p，1080i，1080p@60Hz，UXGA@60Hz等
HDMI输出	符合标准：HDMI 1.4, HDCP 1.4 TMDS时钟：最高165MHz
音频输入	接口：I2S(4条数据线，每条传输2个声道，从而实现8声道，I2S格式支持左对齐、右对齐、标准I2S模式、以及AES3 stream模式), S/PDIF,HBR 采样率：32kHz，44.1kHz，48kHz，88.2kHz，96kHz，176.4kHz，192kHz，更高（HBR模式下）位深：最高24-bit
控制接口	配置接口：I2C从接口 EDID读取：I2C主接口热插拔检测：专用HPD引脚
其他参数	典型工作电压：核心1.8V, I/O 3.3V 工作温度：-40°C to +100°C

ADV7513支持视频数据、音频数据输入。与所有HDMI发射器一样，ADV7513有4个TMDS通道，其中有3个数据通道（TMDS Data0, Data1, Data2，用于传输视频、音频和辅助数据）和1个时钟通道（TMDS Clock，用于传输像素时钟，为数据接收端提供同步基准，确保数据能被正确采样）。ADV7513功能框图如下：

下面将其常用到的接口描述如下：

信号	方向	描述
SCLK	Input	I²S音频时钟输入
MCLK	Input	音频参考时钟输入
LRCLK	Input	左右声道信号输入
I2S[3:0]	Input	I²S通道0、1、2、3 音频数据输入
CLK	Input	视频输入时钟
D[23:0]	Input	视频数据输入
HSYNC	Input	水平同步信号输入
VSYNC	Input	垂直同步信号输入
DE	Input	数字视频数据使能信号
HPD	Input	热插拔检测信号输入
TXC−, TXC+	Output	差分TMDS时钟输出
TX0−, TX0+	Output	差分TMDS数据通道0输出
TX1−, TX1+	Output	差分TMDS数据通道1输出
TX2−, TX2+	Output	差分TMDS数据通道2输出
SCL	Input	I²C端口数据时钟输入
SDA	Input/output	I²C端口数据输入/输出
DDCSCL	Input	Display Data Channel I²C端口数据时钟输入
DDCSDA	Input/output	Display Data Channel I²C端口数据输入/输出
CEC	Input/output	CEC数据信号
CEC_CLK	Input	CEC 时钟
INT	Output	中断信号输出

2 ADV7513寄存器配置

ADV7513的寄存器通过一个I2C（SDA和SCL）从接口来配置。配置ADV7513寄存器需要参考官方手册“ADV7513_Programming_Guide_R0”。

如果用户不知道从哪开始，可以先看手册中“SECTION3 – QUICK START GUIDE”，该章节强调了在初次启动HDMI发送器时必要配置的一些寄存器。

在本案例中主要设置了如下这些寄存器：

寄存器地址	寄存器默认值	Quartus工程中寄存器值设定	重点关注
0x01	****0000	0x00	设置N的值为6144（详见本文档4.4 ADV7513音频时钟再生章节）
0x02	00000000	0x18
0x03	00000000	0x00
0x15	00000000	0x20	设置0x15[3:0]=4'b0000输入视频格式为24 bit RGB 4:4:4 或者YCbCr 4:4:4 (separate syncs) 设置0x15[7:4]=4'b0010，I²S音频的采样频率为48KHz
0x16	00000000	0x30	设置0x16[7]=1'b0输出视频格式为24 bit RGB 4:4:4 设置0x16[5:4]=2'b11 输入视频数据的颜色深度为8bit
0x18	01000110	0x46	设置0x18[7]=1'b0禁止CSC
0x41	*1010000	0x10	设置0x41[6]=1'b0设置所有电路上电
0x98	00001011	0x03	必须设置为0x03才能正常操作
0x9A	0000000*	0xe0	必须设置为0xe0
0x9C	01011010	0x30	必须设置为0x30才能正常操作
0x9D	01101111	0x61	必须设置0x9D[7:4]=4'b0110才能正常操作设置0x9D[3:2]=2'b01输入像素时钟除以2 必须设置0x9D[1:0]=4'b01才能正常操作
0xA2	10000000	0xA4	必须设置为0xA4才能正常操作
0xA3	10000000	0xA4	必须设置为0xA4才能正常操作
0xAF	00010100	0x16	设置0xAF[1]=1'b1 选择HDMI模式
0xBA	0001000*	0x60	No clock delay
0xE0	10000000	0xD0	必须设置为0xD0才能正常操作（实际测试不设置也没有关系）
0xF9	01111100	0x00	必须设置为0x00才能正常操作（实际测试不设置也没有关系）

如下这些寄存器保持默认设置即可，无需特别设置，但默认值有些需要关注的内容如下：

寄存器地址	寄存器默认值	重点关注
0x0A	00000001	设置0x0A[7]=1'b0，设置CTS值为自动计算设置0x0A[6:4]=3'b000，音频输入选择I²S
0x0B	0000111*	设置0x0B[5]=1'b0，MCLK内部生成
0x0C	10111100	设置0x0C[5:2]=4'b1111，开启4个I²S通道设置0x0C[1:0]=2'b00，I²S数据模式选择Standard I2S mode
0x17	00000000	设置0x17[1]=1'b0输入视频的宽高比为4:3

表格和表格的寄存器设置请参考ADV7513_Programming_Guide_R0文档的SECTION 5 - REGISTER MAPS章节。

3 ADV7513的4个I2S通道

ADV7513 的I2S 接口支持多通道音频传输。它实际提供的是8 通道 I2S 接口，并非物理上的 4 个独立通道（I2S [3:0]）。它是4 路数据引脚承载 8 路音频流（通过时分复用的方法，每个物理通道传输2路音频流）主要用于传输立体声或7.1 环绕声音频信号。

I2S的时分复用方法举例：在16位音频传输中，一个 LRCLK 周期内，前 16 个 SCLK 周期传输第一个声道（如左声道）的16位数据，后16个 SCLK 周期传输第二个声道（如右声道）的16位数据，实现同一物理通道的双声道复用。具体数据传输时序请参考第五章音频I2S通信协议。

在应用当中，若仅需立体声输出，可仅启用 I2S0 通道（立体声模式下，只传输左声道L和右声道R），其余通道可闲置。若为7.1 声道模式输出，8 个通道全部启用，实现全方位的环绕声效果。8通道的分配遵循 7.1 声道的标准音频布局，具体传输内容参考ADV7513_Programming_Guide_R0.pdf文档的Table 70 或如下表格：