HDMI-FMC

HDMI‑FMC от Terasic — это высокоскоростной модуль в форм‑факторе FMC (FPGA Mezzanine Card), предназначенный для расширения FPGA‑систем поддержкой HDMI‑видео. Плата содержит отдельные тракты приёма (RX) и передачи (TX) видеосигнала, а также обработку аудио и служебных данных HDMI.

Ключевые возможности: приём HDMI‑потока через чип ADV7619 (поддержка HDMI 1.3/1.4a, DVI, HDCP, 3D, разных цветовых форматов) и передача через Sil9136‑3 (поддержка глубокого цвета, нестандартных и стандартных видеоформатов). Вся критическая аналоговая часть (TMDS‑буферы, согласование, защита, тактовая подсистема) уже реализована, а FPGA получает чистый цифровой поток пикселей и аудио для дальнейшей обработки.

Плата востребована в R&D мультимедийных систем, прототипировании видеопроцессоров, тестовых стендах для HDMI‑устройств, учебных курсах по обработке видео и высокоскоростным интерфейсам. В комплекте обычно идут референсные проекты, IP‑ядра и скрипты инициализации для быстрой проверки линков RX/TX.

Основные преимущества
Готовый HDMI‑тракт «из коробки». Не нужно проектировать TMDS‑линии, подбирать буферы и согласовывать импеданс — на плате уже стоят качественные HDMI‑приёмник и передатчик.
Поддержка высоких разрешений. До 4Kx2K при 30 Гц (8 бит), 1080p при 60 Гц (12 бит), разные цветовые форматы (4:4:4 RGB, 4:4:4/4:2:2 YCbCr).
Отдельные RX и TX. Можно одновременно принимать и передавать видео, что удобно для конвертеров, скейлеров, матричных коммутаторов и тестовых генераторов.
Аудио и служебные данные. HDMI‑аудио, EDID, CEC и другие данные доступны для обработки на FPGA.
Совместимость с FMC HPC. Модуль устанавливается в FMC‑слот на платах Stratix V/10, Arria 10, MAX 10‑SoC, SoCKit и аналогичных.
Референсные проекты и IP‑ядра. Готовые блоки для инициализации ADV7619/Sil9136, обработки пикселей, EDID и типовых сценариев ускоряют старт.
Гибкие уровни I/O. Поддержка 1.5/1.8/2.5/3.0 В позволяет подключать модуль к разным FPGA‑платформам.
Системный мониторинг. Датчики температуры, напряжения и статусов линий помогают отслеживать состояние платы в реальном времени.

Технические характеристики

Параметр	Значение
Производитель	Terasic
Тип устройства	FMC‑дочерняя плата (Mezzanine Card)
Назначение	Приём и передача HDMI‑видео, обработка аудио, EDID/CEC, работа с профессиональными и бытовыми видеостандартами
Интерфейс к FPGA	FMC (HPC), поддержка разных уровней I/O (1.5–3.0 В)
HDMI‑приёмник (RX)	ADV7619: HDMI 1.3/1.4a, DVI, HDCP 1.4, поддержка 3D, 4:4:4 RGB/YCbCr, до 300 МГц пиксельной частоты
HDMI‑передатчик (TX)	Sil9136‑3: HDMI глубокого цвета, нестандартные и стандартные форматы, 4:4:4, поддержка высоких разрешений
Поддерживаемые разрешения	4K×2K при 30 Гц (8 бит); 1080p при 60 Гц (12 бит); разные нестандартные режимы
Цветовые форматы	4:4:4 RGB; 4:4:4/4:2:2 YCbCr
Аудио	HDMI‑аудио (в составе TMDS), доступ к потоку на FPGA для обработки
EDID / CEC	Поддержка чтения EDID, эмуляции дисплея, базовых команд CEC (через логику на FPGA)
Разъёмы	1× HDMI RX; 1× HDMI TX
Тактовая подсистема	PLL/VCXO, буферы уровней, низкие фазовые шумы и джиттер для стабильной работы TMDS
Управление	I²C для настройки ADV7619 и Sil9136; регистры состояния и статусы линков
Питание	Через FMC от основной FPGA‑платы
Индикация	Светодиоды статуса HDMI‑линков, ошибок, режимов работы; управление с FPGA
Совместимые FPGA‑платы	Платы с FMC HPC: Stratix V/10, Arria 10, A10SoC, TR5‑Lite, SoCKit, MAX 10 Plus (через адаптер) и аналоги
Совместимость с ПО	Quartus Prime, Platform Designer (Qsys), Signal Tap, референсные проекты Terasic, IP‑ядра для HDMI/EDID

Области применения
Плату удобно использовать для следующих задач:
Прототипирование HDMI‑конвертеров и скейлеров. Реализация конвертации форматов, изменения разрешения, цветового пространства и частоты кадров на FPGA.
Видеокоммутаторы и матричные переключатели. Приём нескольких HDMI‑источников (с дополнительными модулями) и переключение на выходы с минимальной задержкой.
Тестовые генераторы и анализаторы HDMI. Генерация тестовых паттернов, проверка качества приёма, анализ EDID, измерение задержек и артефактов.
Мультимедиа‑процессоры и AV‑системы. Обработка видео (фильтрация, наложение графики, эффекты), синхронизация с аудио, вывод на дисплей.
Учебные и исследовательские проекты. Изучение HDMI, TMDS, EDID, работы с высокоскоростными интерфейсами и обработки видео на ПЛИС.
Системы захвата и стриминга. Захват HDMI‑потока, предварительная обработка (деинтерлейс, кадрирование, компрессия) и передача по сети или на другой интерфейс.
Верификация HDMI‑устройств. Проверка совместимости, устойчивости к помехам, нестандартных режимов и соответствия спецификациям.

Поддержка и интеграция
Плата полностью интегрируется в экосистему Intel FPGA:
Quartus Prime — для трассировки высокоскоростных линий, временных ограничений, настройки PLL и загрузки конфигурации.
Platform Designer (Qsys) — для построения системной шины, подключения контроллеров HDMI, EDID, аудио и пользовательской логики.
Signal Tap и System Console — для внутрисхемного захвата кадров, анализа статусов линков, чтения регистров ADV7619/Sil9136 и диагностики ошибок.
IP‑ядра и референсные проекты — готовые блоки для инициализации HDMI‑модулей, обработки пикселей, чтения EDID и типовых сценариев.
Примеры проектов — позволяют быстро проверить линки RX/TX, работу EDID, передачу тестовых паттернов и базовые функции.
Для старта достаточно установить HDMI‑FMC в FMC‑слот совместимой FPGA‑платы, подключить HDMI‑кабели (источник и приёмник), загрузить референсный проект в Quartus и проверить базовые сценарии: инициализацию ADV7619, чтение EDID, приём тестового кадра, передачу собственного паттерна через TX и мониторинг статусов линков.

Комплект поставки
В стандартный комплект входят:
плата HDMI‑FMC;
крепёжные элементы (винты, стойки);
документация (руководство пользователя, схемы, распиновки FMC/HDMI, рекомендации по подключению и отладке, временные ограничения);
гарантийные и сопроводительные документы;
демо‑проекты и примеры кода (файлы Quartus, IP‑ядра, скрипты инициализации, примеры для HDMI RX/TX и EDID).
HDMI‑кабели, внешние источники/приёмники видео, USB‑Blaster (если требуется), хост‑ПК, измерительные приборы (осциллограф ≥500 МГц, логический анализатор) в комплект не входят.

Дополнительные аксессуары
Для полноценной работы и расширенного тестирования рекомендуется использовать:
HDMI‑кабели хорошего качества (желательно с поддержкой 4K) — для подключения источников и приёмников.
FPGA‑плата с FMC HPC — носитель для HDMI‑FMC.
Хост‑ПК с Quartus Prime и Platform Designer — для разработки, моделирования и отладки проектов.
USB‑Blaster (или совместимый программатор) — для загрузки конфигурации FPGA (если не используется другой способ).
Измерительные приборы: осциллограф с полосой ≥500 МГц–1 ГГц, логический анализатор — для анализа TMDS‑сигналов, проверки временных диаграмм и диагностики ошибок.
ПО для анализа видео: утилиты для просмотра HDMI‑кадров, метаданных, EDID — если тестируются видеопотоки и совместимость.
Внешние HDMI‑источники и приёмники (генераторы, мониторы, ТВ) — для проверки качества приёма/передачи и нестандартных режимов.

Почему стоит использовать HDMI‑FMC для прототипирования и отладки
HDMI‑FMC даёт готовую, корректно разведённую и проверенную HDMI‑платформу: вся критическая высокоскоростная часть (TMDS, согласование, такты) уже реализована, а FPGA отвечает за цифровую обработку, алгоритмы и логику системы. Это позволяет быстро проверять конвертеры, скейлеры, коммутаторы и другие видеоустройства, экономя месяцы на проектировании HDMI‑тракта. Особенно ценно при разработке AV‑систем, учебных стендов и тестовых приборов, где важны качество сигнала, стабильность линков и гибкость цифровой обработки.