大家好,我是架构君,一个会写代码吟诗的架构师。今天说一说TMDS协议,希望能够帮助大家进步!!!
图1 TMDS连接结构
数据流中包含了像素和控制数据,发送器在任何给定的输入时钟周期,到底是编码像素数据还是控制数据取决于数据使能信号DE,DE有效时,指示像素数据要被发送,注意,当发送像素数据的时候,忽略控制数据,反之,发送控制数据的时候,忽略像素数据。在接收端,恢复的像素(控制)数据仅在DE有效(无效)时才传输。
我们把DE有效期间,成为像素数据有效期间,就是说这段时间发送的是有效像素数据。DE无效期间,成为发送空间隙期间,这段时间发送的数据不包括有效像素数据,仅仅是控制信号。
发送端有3个一模一样的编码器,每个编码器的输入是2个控制信号和8bit的像素数据。依照DE的状态,编码器将按照两个控制信号的状态或8bit像素数据产生10bit的TMDS字符。每个解码器输出是一个连续的串行TMDS字符流。
TMDS时钟通道的时钟频率就是字符速率,接收器利用这个时钟,产生用于串行流接收的位采样时钟,由于要求能容忍信号畸变,所以期望每个数据通道的位采样时钟的相位能够单独调整。
TMDS接收器必须能在串行数据流中确定字符边界。一旦所有的数据通道字符边界被建立,我们就说,此时接收器与数据流同步并可以从数据通道中接收TMDS字符加以译码。TMDS数据流提供周期性的提示用于解码同步。
用来作为像素数据的TMDS字符包含5个或更少的跳变,而用来作为控制数据的TMDS字符包含7个或更多的跳变。在空期间传送的多跳变内容形成解码端的字符边界的基础,这些字符在串行数据流中个体不是独一无二,但它们足够相似,使得,在发送空间隙期间,解码器它们可以唯一地检测出它们连续的存在。
TMDS数据通道传送的是一个连续的10bit TMDS字符流,在空期间,传送4个有显著特征的字符,它们直接对应编码器的2个控制信号的4个可能的状态。在数据有效期间,10bit的字符包含8bit的像素数据,编码的字符提供近似的DC平衡,并最少化数据流的跳变次数,对有效像素数据的编码处理可以认为有两个阶段:第一个阶段是依据输入的8bit像素数据产生跳变最少的9bit代码字;第二阶段是产生一个10bit的代码字,最终的TMDS字符,将维持发送字符总体的DC平衡。
编码器在第一个阶段产生的9bit代码字由“8bit” + “1bit”组成,“8bit”反映输入的8bit数据位的跳变,“1bit”表示用来描述跳变的两个方法中哪一个被使用,无论哪种方法,输出的最低位都会与输入的最低位相匹配。用一个建立的初值,输出字的余下7bit的产生是按照顺序将输入的每一位与前一导出的位进行XOR或NOR(XNOR)。使用XOR还是XNOR要看哪个方法使得编码结果包含最少的跳变,代码字的第9位用来表示导出输出代码是使用XOR还是XNOR,这9bit代码字的解码方法很简单,就是相邻位的XOR或XNOR操作。从解码输入到解码器输出最低位不改变。
在有效数据期间,编码器执行使传输的数据流维持近似的DC平衡处理,这是通过选择性地反转第一阶段产生的9bit代码中的8bit数据位来实现的,第10bit被加到代码字上,表示是否进行了反转处理,编码器是基于跟踪发送流中1和0个数的不一致以及当前代码字1和0的数目来确定什么时候反转下一个TMDS字符。如果太多的1被发送,且输入包含的1多于0,则代码字反转,这个发送端的动态编码决定在接收端可以很简单地解码出来,方法是以TMDS字符的第10bit决定是否对输入代码进行反转。
TMDS连接结构的数据通道数目的选择主要基于下面两点考虑:一是视频数据要求的带宽,二是对每个像素的R、G、B分量,每个分量对应于一个通道,从而使得逻辑简单。在这里双TMDS链路等同于使用6个数据通道共享一个时钟通道,这样使得接口带宽加倍。对于这个配置,第一个数据链路传输奇数像素点,而第二个数据链路传输偶数像素点。每一行的第一个像素是奇数像素,即为像素1。
单链路TMDS发送器由三个相同的编码器组成,如图2,2个控制信号和8bit像素数据映射到每个编码器,双链路发送器增加了三个数据通道,如图3,双链路配置在第一个链路上发送每行的奇像素,在第二个链路上发送每行的偶像素,每一行的第一个像素是奇数像素,即为像素1。
图2 单链路TMDS通道映射
除了行同步HS和场同步VS外,其它控制信号的作用并没有定义,在发送器的输入端,控制信号CTL1、CLT2、CTL3必须保持逻辑低电平,推荐CTL0也保持逻辑低电平,由于历史原因,某些发送器芯片可以通过CTL0传递一个控制信号,如果这么做,仅需要满足一个条件:这个信号发生在单像素输入时钟的奇边缘或偶边缘。当链路有效的时候,在奇偶之间一定不要来回切换。
图3 双链路TMDS通道映射
TMDS编码算法,如图5所示,在空间隙,编码器产生4个独一无二的字符,以及在有效的数据期间,产生460个独一无二的10bit字符中的一个,在链路上,除此以外的其它10bit字符是保留的,编码器不会产生这些字符。
D, C0, C1, DE | 编码器输入数据集。D是8bit像素数据,C1和C0是通道的控制数据,DE是数据使能。 |
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Cnt | 这是个寄存器,用来跟踪数据流的不一致,正值表示发送的1的个数超过的数目,负数表示发送的0的个数超过的数目。表达式cnt{t-1}表示相对于输入数据前一个集的前一个不一致值。表达式cnt{t}表示相对于输入数据当前集的新的不一致设置。 |
q_out | 这些10bit数是编码器产生的。 |
N1{x} | 这个操作符返回参数x中的1的个数 |
N0{x} | 这个操作符返回参数x中的0的个数 |
图5 TMDS编码算法
由编码器形成的TMDS字符流转换为串行数据,用于在TMDS数据通道上发送,低位在前先发送。
TMDS接收器必须有能力相位锁定与发送时钟,发送时钟的时钟频率范围是25MHz到接收器的最大允许频率,对输入时钟的相位锁定必须发生在从输入时钟满足规定起100ms之前。
接收器要求在任何大于128字符长度的空间隙期间,建立与数据流的同步。
在同步检测之前,和在丢失同步期间,接收器不应该更新接收到的数据流信号。
图6 TMDS解码算法
如图2和图3
TMDS链路不要求错误处理能力。
图7 TMDS链路定时
符号 | 描述 | 值 | 单位 |
---|---|---|---|
tB | 最小空间隙,为了在接收端确保字符边界的恢复,要求有这个最短的空间隙,空间隙至少每50mS(20Hz)出现一次。 | 128 | Tpixel |
tE | 最大编码/并转串电路管线延迟 | 64 | Tpixel |
tR | 最大恢复/串转并电路管线延迟,恢复定时包括通道间的抖动,从在数据通道间最早的DE跳变开始测量, | 64 | Tpixel |
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