hdmi时序理解

羽无芯

时序图

下面是LCD RGB 控制的典型时序图

LCD显示流程

LCD显示一张图片，其实是每一个像素点的填充，只是速度很快我们人眼没有察觉而已。如果将LCD的显示频率降低，我们能明显感觉整个屏幕的闪烁现象。

• 我们将LCD屏幕分为水平方向和垂直方向
  
  一般我们的行在水平方向，LCD每一行的像素点被逐一填充，填充完一行继续填充下一行，填充顺序可以为左->右 或者 右->左
  

• 一行有多少像素点？
• 一个LCD需要填充多少行？
  

通过查看LCD的手册，例如一个800*480的液晶屏，表示一行（水平）800个像素点，一共有480行。
例如下图中现实一帧的图像(从左到右，从上到下)

每一帧图像，就从第一行的第一个像素点一直填充到最后一行的最后一个像素点。

为了能简单演示一下效果，假设我们现在让LCD现实蓝色，那么LCD的填充效果就像下面的图片

好了，如果能了解这个像素填充的过程。那么我接下来就开始分时钟和LCD显示的关系。

LCD时钟分析

我们知道了LCD现实一帧图像也就是像素填充的过程，但是由于速度太快我们察觉不出来，那么这个“快”到底是多快呢？

显示一行

• 800*480的RGB LCD屏幕
• 24bpp 显示模式
  显示一行，我们LCD需要填充800个像素点。每一个像素由RGB三元素组成，每个元素(R、G、B)由8bit位数组成，也就是说一个像素我们需要通过信号线传输24bit的数据。
  那么显示一行800个像素需要多长时间呢？我们先看一个要介绍的时钟–像素时钟CLK
  

像素时钟

上图中CLK就是像素时钟，每一个时钟周期发送一个像素的数据。根据我们LCD的参数，例如一行有800个像素，那么经过800个CLK时钟，我们就填充完了800个像素。
问题来了…
1. 哪一个CLK代表一行的开始？
2. 哪一个CLK代表第一个有效的像素数据？

所以针对上面的问题，我们还需要介绍两个时钟行同步时钟HSYNC和有效数据使能VDEN

水平同步时钟 HSYNC

HSYNC水平同步信号，表示一行数据的开始。具体如下图

其中CLK没有任何变化，只是多了HSYNC和DEN两个信号。
如图中的红色箭头，当HSYNC产生了如图所示的变化表示新的一行数据传送马上开始，当ENB信号线为高电平期间传输的数据视为有效数据。这样一来，一行800个像素的数据才能正确的传送完成。

显示一帧

垂直同步时钟VSYNC

为什么要有VSYNC呢，按照我们之前假设的800*480LCD。从第一行一直到最后一行，整个LCD屏幕所有像素填充完毕，这一过程也就是写了一帧数据，我们如果要LCD能够实时显示画面，很显然一帧数据肯定不够，所以L要给LCD不断的提供新的帧数据，这无非也就是重复上述显示一帧的过程。

上图中VSYNC垂直同步信号，当产生如图所示的变化，就代表新的一帧数据马上开始传送。那么这里有没有有效数据信号呢？？
其实很简单，因为新的一帧数据不就是从LCD第一行的第一个像素开始填充嘛，那么前面我们已经说明了每一行都自己的同步信号，而每一行也有对应的数据有效信号线。所以垂直同步信号只用关心从一帧数据(800*480)的同步，而不用关心每一行的同步。

于是，我们将上面分析的时钟放在一起，就变成了LCD RGB模式的典型时序图

在这个典型的时序图里面，除了讲述的HSYNC VSYNC VDEN VCLK这几个信号外，我们还能看见诸如HSPW、 VSPW，HBPD、 HFPD，VBPD、 VFPD等等一些词语。我们剩下的时钟细节部分就是后者了，再解释这些词语前，我们还是先聊点别的吧。

铺垫1. 打个比方，一张A4纸张就是LCD控制器工作的部分，而我们写的内容在“有效显示部分”。这两部分用不同颜色代表，如图1.

图1 分别示意LCD有效数据部分和LCD工作时的部分。
2.那么LCD显示过程和时钟的关系如图2

图2 时钟和LCD显示的关系

在图2中，我画出了一帧数据的显示过程。LCD的显示过程是填充像素，也就是一行一行的填充直到整个LCD屏幕像素填充完毕。

3. 显示步骤

为了更好的理解上图，总结成以下几个过程：

1. 产生垂直信号，表示一帧数据将要开始（类似我们拿到一张A4纸张将要打印）

2. 经过VBP（具体的数值在后面会解释）个行后才开始有效数据的第一行 （类似我们调整A4纸张打印的上边距）

3. 经过HBP（具体的数值在后面会解释）个CLK后才开始传输每行的有效数据。（类似调整了A4纸张的左边距）

4. 每行有效数据传输完毕，经过HFP个CLK后才开始下一行。（类似调整了A4纸张的右边距）

5.重复3和4两个步骤一直到有效行显示完。

6.有效行显示完毕后，经过VFP个行后再开始下一帧数据 （类似调整了A4纸张的下边距）

通过上面的步骤，整个过程就像设置A4纸张的上边距、左边距、右边距和下边距。但是LCD为什么要设置这个呢？

其实就像我们打印A4的纸张，如果内容太靠边了，一点点误差可能就会导致一些内容不能正常显示（让我想起高中的盗版书，总有那么几页是歪的，或者内容没有打印完）

所以LCD控制器为了能更好的显示有效数据，一般都要进行一系列的调整，就像上面设置的“边距”，但是这种“边距”不是距离而是通过上述的时钟调整的。

注：现在的LCD比较先进了，一般都可以自动调整，但是这几个值还是保留了下来

4. VBP、VFP、HBP、HFP具体数值

既然这是调整，那我们如何确认上述的几个值呢？这就要我们参考LCD的相关文档了，在LCD的数据手册里我们能找到这些值的描述。

为了能更好的说明，我从NXP的一个技术文档中截图如下

上图中 Horizontal synchronizing Back Proch 就是 HBP，依次类推大家就知道HFP、VBP、VFP的意思了。手册中给我们写出了官方推荐的值，一般我们采用推荐的值即可。

5. VSPW、HSPW

除了上述的VFP、VBP、HBP、HFP。我们还有两个参数需要理解，他们分别是VSPW和HSPW

VSPW、HSPW这两个值其实很简单，其中的W代表width也就是宽度的意思。所以这两个值分别描述的是垂直信号和水平信号的宽度，如上图所示。

VSPW、HSPW也可以通过手册得到官方推荐的值。

VSPW -- 垂直信号的宽度，用行为单位，从上图可以看出推荐的值为10行

HXPW -- 水平信号的宽度，用CLK为单位，上图推荐的值为41CLK

最后，从手册中也能发现，和行有关的计算是以clock为单位，与垂直相关的计算都是以line为单位。