intel AN 889 8K DisplayPort Video Format Conversion Design Example
O 8K DisplayPort Video Format Conversion Design Example
8K DisplayPort Video Format Conversion Design Exampintegruje IP video konektivitu Intel DisplayPort 1.4 s potrubím na spracovanie videa. Dizajn poskytuje vysokokvalitné škálovanie, konverziu farebného priestoru a konverziu snímkovej frekvencie pre video streamy až do 8K pri 30 snímkach za sekundu alebo 4K pri 60 snímkach za sekundu.
Dizajn je vysoko konfigurovateľný softvérom a hardvérom, čo umožňuje rýchlu konfiguráciu systému a zmenu dizajnu. Dizajn sa zameriava na zariadenia Intel® Arria® 10 a využíva najnovšiu 8K pripravenú Intel FPGA IP z Video and Image Processing Suite v Intel Quartus® Prime v19.2.
Informácie o DisplayPort Intel FPGA IP
Ak chcete vytvoriť dizajn Intel Arria 10 FPGA s rozhraniami DisplayPort, vytvorte inštanciu DisplayPort Intel FPGA IP. Táto IP adresa DisplayPort však implementuje iba kódovanie alebo dekódovanie protokolu pre DisplayPort. Nezahŕňa transceivery, PLL alebo funkciu rekonfigurácie transceivera, ktorá je potrebná na implementáciu vysokorýchlostného sériového komponentu rozhrania. Intel poskytuje samostatné transceiver, PLL a rekonfiguračné IP komponenty. Výber, parametrizácia a pripojenie týchto komponentov na vytvorenie plne vyhovujúceho rozhrania prijímača alebo vysielača DisplayPort si vyžaduje odborné znalosti.
Intel poskytuje tento dizajn pre tých, ktorí nie sú expertmi na transceivery. GUI editora parametrov pre DisplayPort IP vám umožňuje zostaviť dizajn.
Inštanciu DisplayPort IP (čo môže byť len prijímač, vysielač alebo kombinovaný prijímač a vysielač) vytvoríte buď v Platform Designer alebo v katalógu IP. Keď parametrizujete inštanciu DisplayPort IP, môžete zvoliť generovanie example dizajn pre túto konkrétnu konfiguráciu. Kombinovaný dizajn prijímača a vysielača je jednoduchý priechod, kde výstup z prijímača sa privádza priamo do vysielača. Dizajn s pevným priechodom vytvára plne funkčný prijímač PHY, vysielač PHY a rekonfiguračné bloky, ktoré implementujú všetku logiku transceiveru a PLL. Môžete buď priamo skopírovať príslušné časti dizajnu, alebo použiť dizajn ako referenciu. Dizajn generuje DisplayPort Intel Arria 10 FPGA IP Design Example a potom pridá mnohé z filesú generované priamo do kompilačného zoznamu používaného projektom Intel Quartus Prime. Tie obsahujú:
- Files na vytvorenie parametrizovaných inštancií IP pre transceivery, PLL a rekonfiguračné bloky.
- Verilog HDL files na pripojenie týchto IP do vyšších blokov prijímača PHY, vysielača PHY a rekonfigurácie vysielača a prijímača
- Návrhové obmedzenie Synopsys (SDC) files na nastavenie príslušných časových obmedzení.
Funkcie 8K DisplayPort Video Format Conversion Design Example
- Vstup:
- Konektivita DisplayPort 1.4 podporuje rozlíšenie od 720 × 480 do 3840 × 2160 pri ľubovoľnej snímkovej frekvencii až do 60 fps a rozlíšenia až do 7680 × 4320 pri 30 fps.
- Podpora hot-plug.
- Podpora farebných formátov RGB a YCbCr (4:4:4, 4:2:2 a 4:2:0) na
vstup. - Softvér automaticky rozpozná vstupný formát a vhodne nastaví procesný kanál.
- výstup:
- Možnosť pripojenia DisplayPort 1.4 (pomocou prepínačov DIP) pre rozlíšenie 1080p, 1080i alebo 2160p pri 60 fps alebo 2160p pri 30 fps.
- Podpora hot-plug.
- Prepínačmi DIP nastavíte požadovaný formát výstupnej farby na RGB, YCbCr 4:4:4, YCbCr 4:2:2 alebo YCbCr 4:2:0.
- Jeden 10-bitový 8K RGB proces spracovania so softvérovo konfigurovateľným škálovaním a konverziou snímkovej frekvencie:
- Lanczos odstraňovač zubného kameňa s 12 klepnutiami.
- 16-fázový, 4-kohútový Lanczos up-scaler.
- Triple buffering video frame buffer poskytuje konverziu snímkovej frekvencie.
- Mixér s alfa-miešaním umožňuje prekrytie ikon OSD.
Začíname s 8K DisplayPort Video Format Conversion Design Example
Hardvérové a softvérové požiadavky
8K DisplayPort Video Format Conversion Design Example vyžaduje špecifický hardvér a softvér.
Hardvér:
- Vývojová súprava Intel Arria 10 GX FPGA vrátane DDR4 Hilo Daughter Card
- Dcérska karta Bitec DisplayPort 1.4 FMC (revízia 11)
- Zdroj DisplayPort 1.4, ktorý produkuje video s rozlíšením až 3840 x 2160p60 alebo 7680x4320p30
- Drez DisplayPort 1.4, ktorý zobrazuje video v rozlíšení až 3840 x 2160p60
- Káble DisplayPort 1.4 s certifikáciou VESA.
softvér:
- OS Windows alebo Linux
- Intel Quartus Prime Design Suite v19.2, ktorý obsahuje:
- Edícia Intel Quartus Prime Pro
- Dizajnér platformy
- Nios® II EDS
- Intel FPGA IP Library (vrátane Video and Image Processing Suite)
Dizajn funguje iba s touto verziou Intel Quartus Prime.
Prevzatie a inštalácia Intel 8K DisplayPort Video Format Conversion Design Example
Dizajn je dostupný v obchode Intel Design Store.
- Stiahnite si archivovaný projekt file udx10_dp.par.
- Extrahujte projekt Intel Quartus Prime z archívu:
- a. Otvorte Intel Quartus Prime Pro Edition.
- b. Kliknite File ➤ Otvorte projekt.
Otvorí sa okno Otvoriť projekt. - c. Prejdite na súbor udx10_dp.par a vyberte ho file.
- d. Kliknite na Otvoriť.
- e. V okne Open Design Template nastavte cieľový priečinok na požadované miesto pre extrahovaný projekt. Položky pre šablónu dizajnu file a názov projektu by mal byť správny a nemusíte ich meniť.
- f. Kliknite na tlačidlo OK.
Dizajn Files pre Intel 8K DisplayPort Video Format Conversion Design Example
Tabuľka 1. Dizajn Files
| File alebo Názov priečinka | Popis |
| ip | Obsahuje inštanciu IP files pre všetky inštancie Intel FPGA IP v dizajne:
• DisplayPort IP (vysielač a prijímač) • PLL, ktorý generuje hodiny na najvyššej úrovni dizajnu • Všetky IP, ktoré tvoria systém Platform Designer pre procesné potrubie. |
| hlavný_obrázok | Obsahuje pre_compiled.sof, čo je predkompilované programovanie dosky file pre dizajn. |
| non_acds_ip | Obsahuje zdrojový kód pre ďalšiu IP v tomto dizajne, ktorý Intel Quartus Prime nezahŕňa. |
| sdc | Obsahuje SDC file ktorý popisuje dodatočné časové obmedzenia, ktoré tento návrh vyžaduje. SDC files automaticky zahrnuté s inštanciami IP tieto obmedzenia nespracúvajú. |
| softvér | Obsahuje zdrojový kód, knižnice a zostavovacie skripty pre softvér, ktorý beží na vstavanom procesore Nios II na ovládanie funkcií na vysokej úrovni dizajnu. |
| udx10_dp | Priečinok, do ktorého Intel Quartus Prime generuje výstup files pre systém Platform Designer. Výstup udx10_dp.sopcinfo file umožňuje vygenerovať inicializáciu pamäte file pre softvérovú pamäť procesora Nios II. Najprv nemusíte vygenerovať celý systém Platform Designer. |
| non_acds_ip.ipx | Toto IPX file deklaruje všetky IP v priečinku non_acds_ip do Platform Designer, takže sa objaví v knižnici IP. |
| README.txt | Stručné pokyny na zostavenie a spustenie dizajnu. |
| top.qpf | Projekt Intel Quartus Prime file pre dizajn. |
| top.qsf | Nastavenia projektu Intel Quartus Prime file pre dizajn. Toto file uvádza všetky fileje potrebný na zostavenie návrhu spolu s priradením pinov a množstvom ďalších nastavení projektu. |
| top.v | Verilog HDL najvyššej úrovne file pre dizajn. |
| udx10_dp.qsys | Systém Platform Designer, ktorý obsahuje potrubie na spracovanie videa, procesor Nios II a jeho periférne zariadenia. |
Kompilácia 8K DisplayPort Video Format Conversion Design Example
Intel poskytuje predkompilované programovanie dosky file pre návrh v adresári master_image (pre_compiled.sof), aby ste mohli spustiť návrh bez spustenia úplnej kompilácie.
KROKY:
- V softvéri Intel Quartus Prime otvorte projekt top.qpf file. Vytvorí to stiahnutý archív file keď rozbalíte projekt.
- Kliknite File ➤ Otvorte a vyberte ip/dp_rx_tx/dp_rx_tx.ip. Otvorí sa grafické používateľské rozhranie editora parametrov pre DisplayPort IP, ktoré zobrazuje parametre pre inštanciu DisplayPort v návrhu.
- Kliknite na Generate Example Design (nie Generate).
- Po dokončení generovania zatvorte editor parametrov.
- In File Prieskumník, prejdite do adresára softvéru a rozbaľte archív vip_control_src.zip, aby ste vygenerovali adresár vip_control_src.
- V termináli BASH prejdite na softvér/skript a spustite shell skript build_sw.sh.
Skript vytvára softvér Nios II pre návrh. Vytvára oboje .škriatok file ktorý si môžete stiahnuť na dosku za behu, a .hex file zostaviť do dosky programovanie .sof file. - V softvéri Intel Quartus Prime kliknite na Processing ➤ Start Compilation.
- Intel Quartus Prime generuje systém udx10_dp.qsys Platform Designer.
- Intel Quartus Prime nastavuje projekt na top.qpf.
Kompilácia vytvorí top.sof vo výstupe_files adresára po jeho dokončení.
Viewa regenerácia systému Platform Designer
- Kliknite na Nástroje ➤ Platform Designer.
- Vyberte system name.qsys pre systémovú voľbu Platform Designer.
- Kliknite na Otvoriť.
Platform Designer otvorí systém. - Review systému.
- Obnovte systém:
- a. Kliknite na Generovať HDL….
- b. V okne Generovanie zapnite možnosť Vymazať výstupné adresáre pre vybrané ciele generovania.
- c. Kliknite na Generovať
Kompilácia 8K DisplayPort Video Format Conversion Design Example s nástrojmi Nios II Software Build Tools pre Eclipse
Pre návrh nastavíte interaktívny pracovný priestor Nios II Eclipse, aby ste vytvorili pracovný priestor, ktorý používa rovnaké priečinky, aké používa zostavovací skript. Ak ste predtým spustili zostavovací skript, pred vytvorením pracovného priestoru Eclipse by ste mali odstrániť priečinky software/vip_control a software/vip_control_bsp. Ak v ktoromkoľvek bode znova spustíte zostavovací skript, prepíše pracovný priestor Eclipse.
KROKY:
- Prejdite do adresára softvéru a rozbaľte archív vip_control_src.zip, aby ste vygenerovali adresár vip_control_src.
- V adresári nainštalovaného projektu vytvorte nový priečinok a pomenujte ho pracovný priestor.
- V softvéri Intel Quartus Prime kliknite na Tools ➤ Nios II Software Build Tools for Eclipse.
- a. V okne Spúšťač pracovného priestoru vyberte priečinok pracovného priestoru, ktorý ste vytvorili.
- b. Kliknite na tlačidlo OK.
- V okne Nios II – Eclipse kliknite na File ➤ Novinka ➤ Aplikácia Nios II a BSP zo šablóny.
Zobrazí sa dialógové okno Aplikácia Nios II a BSP zo šablóny.- a. V informáciách SOPC File vyberte súbor udx10_dp/ udx10_dp.sopcinfo file. Nios II SBT for Eclipse vyplní názov CPU názvom procesora zo súboru .sopcinfo file.
- b. Do poľa Názov projektu zadajte vip_control.
- c. V zozname Šablóny vyberte položku Prázdny projekt.
- d. Kliknite na tlačidlo Ďalej.
- e. Vyberte Vytvoriť nový projekt BSP na základe šablóny projektu aplikácie s názvom projektu vip_control_bsp.
- f. Zapnite možnosť Použiť predvolenú polohu.
- g. Kliknite na Dokončiť, aby ste vytvorili aplikáciu a BSP na základe .sopcinfo file.
Po vygenerovaní BSP sa na karte Project Explorer zobrazia projekty vip_control a vip_control_bsp.
- V programe Windows Prieskumník skopírujte obsah adresára software/vip_control_src do novo vytvoreného adresára software/vip_control.
- Na karte Project Explorer v okne Nios II – Eclipse kliknite pravým tlačidlom myši na priečinok vip_control_bsp a vyberte Nios II > BSP Editior.
- a. V rozbaľovacej ponuke pre sys_clk_timer vyberte možnosť Žiadne.
- b. Vyberte cpu_timer z rozbaľovacej ponuky pre timestamp_časovač.
- c. Zapnite enable_small_c_library.
- d. Kliknite na Generovať.
- e. Po dokončení generovania kliknite na tlačidlo Ukončiť.
- Na karte Project Explorer kliknite pravým tlačidlom myši na adresár vip_control a kliknite na položku Vlastnosti.
- a. V okne Vlastnosti pre vip_control rozbaľte Vlastnosti aplikácie Nios II a kliknite na Cesty aplikácie Nios II.
- b. Kliknite na Pridať... vedľa položky Projekty knižnice.
- c. V okne Library Projects prejdite do adresára udx10.dp\spftware \vip_control_src a vyberte adresár bkc_dprx.syslib.
- d. Kliknite na tlačidlo OK. Zobrazí sa správa Previesť na relatívnu cestu. Kliknite na tlačidlo Áno.
- e. Opakujte kroky 7.b na strane 8 a 7.c na strane 8 pre adresáre bkc_dptx.syslib a bkc_dptxll_syslib
- f. Kliknite na tlačidlo OK.
- Ak chcete vygenerovať súbor, vyberte položku Projekt ➤ Zostaviť všetko file vip_control.elf v adresári software/vip_control.
- Zostavte mem_init file pre kompiláciu Intel Quartus Prime:
- a. Kliknite pravým tlačidlom myši na vip_control v okne Project Explorer.
- b. Vyberte Make Targets ➤ Build….
- c. Vyberte mem_init_generate.
d. Kliknite na tlačidlo Vytvoriť.
Softvér Intel Quartus Prime generuje
udx10_dp_onchip_memory2_0_onchip_memory2_0.hex file v adresári software/vip_control/mem_init.
- Keď je návrh spustený na pripojenej doske, spustite programovanie vip_control.elf file vytvorené zostavou Eclipse.
- a. Kliknite pravým tlačidlom myši na priečinok vip_control na karte Project Explorer v okne Nios II -Eclipse.
- b. Výberom položky Spustiť ako ➤ Nios II Hardware. Ak máte otvorené okno terminálu Nios II, pred stiahnutím nového softvéru ho zatvorte.
Nastavenie vývojovej súpravy Intel Arria 10 GX FPGA
Popisuje, ako nastaviť súpravu na spustenie 8K DisplayPort Video Format Conversion Design Example.
Obrázok 1. Vývojová súprava Intel Arria 10 GX s dcérskou kartou HiLo
Obrázok zobrazuje dosku s odstráneným modrým chladičom, aby bolo znázornené umiestnenie karty DDR4 Hilo. Spoločnosť Intel odporúča, aby ste návrh nespúšťali bez nasadeného chladiča.
KROKY:
- Nasaďte kartu Bitec DisplayPort 1.4 FMC na vývojovú dosku pomocou portu FMC A.
- Uistite sa, že je vypínač (SW1) vypnutý a potom pripojte napájací konektor.
- Pripojte kábel USB k počítaču a ku konektoru MicroUSB (J3) na vývojovej doske.
- Pripojte kábel DisplayPort 1.4 medzi zdroj DisplayPort a port prijímača karty Bitec DisplayPort 1.4 FMC a uistite sa, že je zdroj aktívny.
- Pripojte kábel DisplayPort 1.4 medzi displej DisplayPort a port Transmitter karty Bitec DisplayPort 1.4 FMC a uistite sa, že je displej aktívny.
- Zapnite dosku pomocou SW1.
Stavové LED diódy dosky, tlačidlá a prepínače DIP
Vývojová súprava Intel Arria 10 GX FPGA má osem stavových LED diód (so zeleným aj červeným žiaričom), tri používateľské tlačidlá a osem používateľských DIP prepínačov. 8K DisplayPort Video Format Conversion Design Example rozsvieti diódy LED, ktoré indikujú stav pripojenia prijímača DisplayPort. Tlačidlá a prepínače DIP vám umožňujú meniť nastavenia dizajnu.
Stavové LED diódy
Tabuľka 2. Stavové LED diódy
| LED | Popis |
| Červené LED diódy | |
| 0 | Prebieha kalibrácia DDR4 EMIF. |
| 1 | Kalibrácia DDR4 EMIF zlyhala. |
| 7:2 | Nepoužité. |
| Zelené LED diódy | |
| 0 | Rozsvieti sa, keď sa úspešne dokončí školenie prepojenia prijímača DisplayPort a dizajn získa stabilné video. |
| 5:1 | Počet pruhov prijímača DisplayPort: 00001 = 1 pruh
00010 = 2 pruhy 00100 = 4 pruhy |
| 7:6 | Rýchlosť pruhu prijímača DisplayPort: 00 = 1.62 Gbps
01 = 2.7 Gbps 10 = 5.4 Gbps 11 = 8.1 Gbps |
V tabuľke je uvedený stav, ktorý indikuje každá LED. Každá pozícia LED má červené aj zelené indikátory, ktoré môžu svietiť nezávisle. Akákoľvek LED, ktorá svieti na oranžovo, znamená, že svietia červená aj zelená kontrolka.
Používateľské tlačidlá
Používateľské tlačidlo 0 ovláda zobrazenie loga Intel v pravom hornom rohu výstupného displeja. Pri spustení dizajn umožňuje zobrazenie loga. Stlačením tlačidla 0 sa prepína aktivácia zobrazenia loga. Používateľské tlačidlo 1 ovláda režim zmeny mierky dizajnu. Keď je zdroj alebo výlevka zapojená za chodu, predvolene sa navrhne buď:
- Priechodný režim, ak je vstupné rozlíšenie menšie alebo rovné výstupnému rozlíšeniu
- Režim downscale, ak je vstupné rozlíšenie väčšie ako výstupné rozlíšenie
Zakaždým, keď stlačíte používateľské tlačidlo 1, dizajn sa prepne do nasledujúceho režimu škálovania (priechod > upscale, upscale > downscale, downscale > passthrough). Používateľské tlačidlo 2 je nepoužité.
Užívateľské prepínače DIP
Prepínače DIP ovládajú voliteľnú tlač z terminálu Nios II a nastavenia výstupného formátu videa ovládaného cez vysielač DisplayPort.
Tabuľka 3. Prepínače DIP
V tabuľke sú uvedené funkcie každého prepínača DIP. Prepínače DIP očíslované 1 až 8 (nie 0 až 7) sa zhodujú s číslami vytlačenými na komponente spínača. Ak chcete nastaviť každý prepínač do polohy ON, posuňte biely prepínač smerom k LCD a preč od LED diód na doske.
| Prepínač | Funkcia |
| 1 | Povolí tlač z terminálu Nios II, keď je nastavená na ON. |
| 2 | Nastaviť výstupné bity na farbu:
OFF = 8 bit ON = 10 bit |
| 4:3 | Nastavte výstupný farebný priestor a sampling: SW4 OFF, SW3 OFF = RGB 4:4:4 SW4 OFF, SW3 ON = YCbCr 4:4:4 SW4 ON, SW3 OFF = YCbCr 4:2:2 SW4 ON, SW3 ON = YCbCr 4:2:0 |
| 6:5 | Nastavte výstupné rozlíšenie a obnovovaciu frekvenciu: SW4 VYP, SW3 VYP = 4K60
SW4 OFF, SW3 ON = 4K30 SW4 ON, SW3 OFF = 1080p60 SW4 ON, SW3 ON = 1080i60 |
| 8:7 | Nepoužité |
Spustenie 8K DisplayPort Video Format Conversion Design Example
Musíte si stiahnuť skompilovaný súbor .sof file pre návrh na vývojovú súpravu Intel Arria 10 GX FPGA na spustenie návrhu.
KROKY:
- V softvéri Intel Quartus Prime kliknite na Nástroje ➤ Programátor.
- V okne Programátor kliknite na položku Automaticky zistiť a naskenujte súbor JTAG reťazec a objavte pripojené zariadenia.
Ak sa zobrazí kontextové okno so žiadosťou o aktualizáciu zoznamu zariadení programátora, kliknite na tlačidlo Áno. - V zozname zariadení vyberte riadok označený ako 10AX115S2F45.
- Kliknite na Zmeniť File…
- Ak chcete použiť predkompilovanú verziu programu file ktorý Intel zahŕňa ako súčasť stiahnutia návrhu, vyberte master_image/pre_compiled.sof.
- Ak chcete použiť vaše programovanie file vytvorený lokálnou kompiláciou, vyberte output_files/top.sof.
- Zapnite Program/Konfigurovať v riadku 10AX115S2F45 v zozname zariadení.
- Kliknite na tlačidlo Štart.
Keď programátor dokončí, návrh sa spustí automaticky. - Otvorte terminál Nios II, aby ste mohli prijímať výstupné textové správy z dizajnu, inak sa dizajn po niekoľkých zmenách spínača zablokuje (iba ak nastavíte používateľský prepínač DIP 1 do polohy ON).
- a. Otvorte okno terminálu a zadajte nios2-terminal
- b. Stlačte Enter.
pripojený na vstupe. Bez zdroja je výstupom čierna obrazovka s logom Intel v pravom hornom rohu obrazovky.
Funkčný popis dizajnu konverzie formátu videa 8K DisplayPort Príkladample
Systém Platform Designer, udx10_dp.qsys, obsahuje protokol IP prijímača a vysielača DisplayPort, IP videopotrubia a komponenty procesora Nios II. Dizajn spája systém Platform Designer s logikou PHY prijímača a vysielača DisplayPort (ktorá obsahuje transceivery rozhrania) a logikou rekonfigurácie transceivera na najvyššej úrovni v dizajne Verilog HDL RTL file (top.v). Dizajn obsahuje jedinú cestu spracovania videa medzi vstupom DisplayPort a výstupom DisplayPort.
Obrázok 2. Blokový diagram
Diagram zobrazuje bloky v 8K DisplayPort Video Format Conversion Design Example. Diagram nezobrazuje niektoré zo všeobecných periférnych zariadení pripojených k Nios II, Avalon-MM medzi procesorom Nios II a ostatným komponentom systému. Dizajn akceptuje video zo zdroja DisplayPort na ľavej strane, spracuje video cez video potrubie zľava doprava a potom video odošle do výlevky DisplayPort na pravej strane.
DisplayPort Receiver PHY a DisplayPort Receiver IP
Karta Bitec DisplayPort FMC poskytuje vyrovnávaciu pamäť pre signál DisplayPort 1.4 zo zdroja DisplayPort. Kombinácia DisplayPort Receiver PHY a DisplayPort Receiver IP dekóduje prichádzajúci signál a vytvorí video stream. Prijímač DisplayPort PHY obsahuje transceivery na deserializáciu prichádzajúcich údajov a IP prijímača DisplayPort dekóduje protokol DisplayPort. Kombinovaný DisplayPort Receiver IP spracováva prichádzajúci signál DisplayPort bez akéhokoľvek softvéru. Výsledný video signál z IP prijímača DisplayPort je natívny formát paketovaného streamovania. Dizajn konfiguruje prijímač DisplayPort pre 10-bitový výstup.
DisplayPort na IP taktovaného videa
Výstup paketovaného formátu streamovaných údajov prijímača DisplayPort nie je priamo kompatibilný s formátom taktovaných video údajov, ktorý očakáva IP vstup taktovaného videa. DisplayPort to Clocked Video IP je prispôsobená IP pre tento dizajn. Konvertuje výstup DisplayPort na kompatibilný formát taktovaného videa, ktorý môžete pripojiť priamo k vstupu taktovaného videa. DisplayPort to Clocked Video IP môže upraviť štandard káblovej signalizácie a môže zmeniť poradie farebných rovín v rámci každého pixelu. Štandard DisplayPort špecifikuje poradie farieb, ktoré je odlišné od poradia IP videopotrubia Intel. Procesor Nios II riadi výmenu farieb. Číta aktuálny farebný priestor pre prenos z prijímača DisplayPort IP s jeho podriadeným rozhraním Avalon-MM. Nasmeruje DisplayPort na Clocked Video IP, aby sa pomocou podriadeného rozhrania Avalon-MM použila príslušná korekcia.
Taktovaný video vstup
Taktovaný video vstup spracuje taktovaný video signál rozhrania z DisplayPort na Clocked Video IP a konvertuje ho do formátu Avalon-ST Video. Tento formát signálu odstráni z videa všetky informácie o horizontálnom a vertikálnom zatemňovaní a ponecháva iba aktívne obrazové údaje. IP ho paketizuje ako jeden paket na video snímku. Pridáva tiež ďalšie pakety metadát (označované ako riadiace pakety), ktoré popisujú rozlíšenie každého video snímku. Tok videa Avalon-ST cez procesné potrubie má štyri pixely paralelne, s tromi symbolmi na pixel. Taktotovaný video vstup poskytuje prechod hodín na konverziu video signálu s premenlivou frekvenciou taktovaného video signálu z prijímača DisplayPort IP na pevnú frekvenciu hodín (300 MHz) pre video IP potrubie.
Čistič streamov
Čistič prúdu zaisťuje, že signál Avalon-ST Video prechádzajúci do procesného potrubia je bezchybný. Zapojenie zdroja DisplayPort za chodu môže spôsobiť, že návrh bude prezentovať neúplné rámce údajov na IP taktovaného video vstupu a generovať chyby vo výslednom toku videa Avalon-ST. Veľkosť paketov obsahujúcich video dáta pre každú snímku sa potom nezhoduje s veľkosťou hlásenou pridruženými riadiacimi paketmi. Čistič toku detekuje tieto podmienky a pridá ďalšie údaje (sivé pixely) na koniec problematických video paketov, aby sa dokončila snímka a zodpovedala špecifikácii v riadiacom pakete.
Chroma Resampler (vstup)
Video dáta, ktoré dizajn prijíma na vstupe z DisplayPort, môžu byť 4:4:4, 4:2:2 alebo 4:2:0 chroma sampviedol. Vstupná chroma resampler vezme prichádzajúce video v akomkoľvek formáte a prevedie ho na 4:4:4 vo všetkých prípadoch. Na zabezpečenie vyššej vizuálnej kvality je chroma resampler používa výpočtovo najdrahší filtrovaný algoritmus. Procesor Nios II číta aktuálnu farebnosťampling z prijímača DisplayPort IP cez jeho podriadené rozhranie Avalon-MM. Komunikuje formát s chroma resampler prostredníctvom svojho podriadeného rozhrania Avalon-MM.
Prevodník farebného priestoru (vstup)
Vstupné video dáta z DisplayPortu môžu využívať farebný priestor RGB alebo YCbCr. Vstupný prevodník farebného priestoru prevezme prichádzajúce video v akomkoľvek formáte, v ktorom príde, a vo všetkých prípadoch ho prevedie na RGB. Procesor Nios II načíta aktuálny farebný priestor z prijímača DisplayPort IP pomocou podriadeného rozhrania Avalon-MM; načíta správne konverzné koeficienty do chroma resampler prostredníctvom svojho podriadeného rozhrania Avalon-MM.
Clipper
Strihač vyberie aktívnu oblasť z prichádzajúceho toku videa a zvyšok zahodí. Softvérové ovládanie bežiace na procesore Nios II definuje región, ktorý sa má vybrať. Oblasť závisí od rozlíšenia údajov prijatých na zdroji DisplayPort a od výstupného rozlíšenia a režimu škálovania. Procesor komunikuje región s Clipperom prostredníctvom svojho podriadeného rozhrania Avalon-MM.
Scaler
Návrh aplikuje škálovanie na prichádzajúce video dáta podľa prijatého vstupného rozlíšenia a požadovaného výstupného rozlíšenia. Môžete si tiež vybrať medzi tromi režimami škálovania (upscale, downscale a passthrough). Dve skalárne IP poskytujú funkciu škálovania: jedna implementuje akékoľvek požadované zmenšovanie; druhý implementuje upscaling. Návrh vyžaduje dva scalery.
- Keď scaler implementuje downscale, nevytvára na svojom výstupe platné dáta v každom taktovacom cykle. Napríkladample, ak sa implementuje pomer 2x downscale, platný signál na výstupe je vysoký každý druhý hodinový cyklus, zatiaľ čo návrh prijíma každý vstupný riadok s párnym číslom, a potom nízky pre celé vstupné riadky s nepárnym číslom. Toto praskanie je základom procesu znižovania dátovej rýchlosti na výstupe, ale nie je kompatibilné s downstreamovým Mixer IP, ktorý vo všeobecnosti očakáva konzistentnejšiu dátovú rýchlosť, aby sa zabránilo podtečeniu na výstupe. Dizajn vyžaduje Frame Buffer medzi akýmkoľvek downscale a mixérom. Frame Buffer umožňuje mixéru čítať dáta rýchlosťou, ktorú vyžaduje.
- Keď scaler implementuje upscale, produkuje platné dáta v každom taktovom cykle, takže nasledujúci mixér nemá žiadne problémy. Nemusí však akceptovať nové vstupné údaje v každom taktovom cykle. Užívanie 2x upscale ako example, na výstupných riadkoch s párnym číslom akceptuje nový úder údajov každý druhý cyklus hodín, potom neprijíma žiadne nové vstupné údaje na výstupných riadkoch s nepárnym číslom. Upstream Clipper však môže produkovať dáta úplne odlišnou rýchlosťou, ak aplikuje významný klip (napr. počas priblíženia). Preto Clipper a upscale musia byť vo všeobecnosti oddelené Frame Buffer, čo vyžaduje, aby Scaler sedel za Frame Buffer v potrubí. Scaler musí sedieť pred Frame Buffer pre downscale, takže dizajn implementuje dva samostatné scalery na oboch stranách Frame Buffer: jeden pre upscale; druhý pre downscale.
Dva Scalery tiež znižujú maximálnu šírku pásma DDR4, ktorú vyžaduje Frame Buffer. Pred Frame Buffer musíte vždy použiť downscales, čím sa minimalizuje rýchlosť prenosu dát na strane zápisu. Po Frame Buffer vždy použite upscales, čím sa minimalizuje rýchlosť prenosu dát na strane čítania. Každý Scaler získava požadované vstupné rozlíšenie z riadiacich paketov v prichádzajúcom video streame, zatiaľ čo procesor Nios II s podriadeným rozhraním Avalon-MM nastavuje výstupné rozlíšenie pre každý Scaler.
Frame Buffer
Vyrovnávacia pamäť snímok využíva pamäť DDR4 na vykonávanie trojitej vyrovnávacej pamäte, ktorá umožňuje procesu spracovania videa a obrazu vykonávať konverziu snímkovej frekvencie medzi prichádzajúcou a odchádzajúcou snímkovou frekvenciou. Dizajn môže akceptovať akúkoľvek vstupnú snímkovú frekvenciu, ale celková rýchlosť pixelov nesmie prekročiť 1 giga pixelov za sekundu. Softvér Nios II nastaví výstupnú snímkovú frekvenciu buď na 30 alebo 60 snímok za sekundu, podľa zvoleného režimu výstupu. Výstupná snímková frekvencia je funkciou nastavení Clocked Video Output a výstupných videopixelových hodín. Protitlak, ktorý Clocked Video Output aplikuje na potrubie, určuje rýchlosť, akou čítacia strana Frame Buffer sťahuje video snímky z DDR4.
Miešačka
Mixér generuje obrázok na čiernom pozadí s pevnou veľkosťou, ktorý procesor Nios II naprogramuje tak, aby zodpovedal veľkosti aktuálneho výstupného obrázka. Mixér má dva vstupy. Prvý vstup sa pripája k zariadeniu na zvýšenie veľkosti, aby návrh mohol zobraziť výstup z aktuálneho video potrubia. Druhý vstup sa pripája k bloku generátora ikon. Konštrukcia umožňuje prvý vstup mixpultu iba vtedy, keď detekuje aktívne, stabilné video na taktovanom video vstupe. Dizajn preto zachováva stabilný výstupný obraz na výstupe pri zapájaní za chodu na vstupe. Dizajn alfa spája druhý vstup do mixéra, ktorý je pripojený ku generátoru ikon, cez pozadie aj obrázky video potrubia s 50% transparentnosťou.
Konvertor farebného priestoru (výstup)
Výstupný konvertor farebného priestoru transformuje vstupné RGB video dáta na RGB alebo YCbCr farebný priestor na základe nastavenia runtime zo softvéru.
Chroma Resampler (výstup)
Výstupná chroma resampler konvertuje formát z 4:4:4 na jeden z formátov 4:4:4, 4:2:2 alebo 4:2:0. Softvér nastaví formát. Výstupná chroma resampler tiež používa filtrovaný algoritmus na dosiahnutie vysokej kvality videa.
Taktovaný video výstup
Taktovaný video výstup konvertuje Avalon-ST Video stream na taktovaný video formát. Taktovaný video výstup pridáva k videu informácie o horizontálnom a vertikálnom zatemňovaní a synchronizácii. Procesor Nios II naprogramuje príslušné nastavenia v taktovanom video výstupe v závislosti od požadovaného výstupného rozlíšenia a snímkovej frekvencie. Taktovaný video výstup konvertuje hodiny, prechádzajúc z pevných 300 MHz pipeline hodín na premenlivú rýchlosť taktovaného videa.
Taktované video na DisplayPort
Komponent vysielača DisplayPort prijíma dáta naformátované ako taktovaný obraz. Rozdiely v signalizácii vodičov a deklarácii káblových rozhraní v Platform Designer vám bránia pripojiť taktovaný video výstup priamo k IP vysielača DisplayPort. Komponent Clocked Video to DisplayPort je dizajnovo špecifická vlastná IP, ktorá poskytuje jednoduchú konverziu vyžadovanú medzi taktovaným video výstupom a IP vysielača DisplayPort. Tiež zamieňa poradie farebných rovín v každom pixeli, aby sa zohľadnili rôzne štandardy formátovania farieb používané Avalon-ST Video a DisplayPort.
DisplayPort Transmitter IP a DisplayPort Transmitter PHY
Vysielač DisplayPort IP a vysielač DisplayPort PHY spolu pracujú na konverzii video streamu z taktovaného videa na kompatibilný stream DisplayPort. Vysielač DisplayPort IP spracováva protokol DisplayPort a kóduje platné údaje DisplayPort, zatiaľ čo vysielač DisplayPort PHY obsahuje transceivery a vytvára vysokorýchlostný sériový výstup.
Procesor Nios II a periférie
Systém Platform Designer obsahuje procesor Nios II, ktorý spravuje adresy IP prijímača a vysielača DisplayPort a nastavenia runtime pre procesný kanál. Procesor Nios II sa pripája k týmto základným perifériám:
- Pamäť na čipe na uloženie programu a jeho údajov.
- AJTAG UART na zobrazenie softvérového printf výstupu (cez terminál Nios II).
- Systémový časovač na generovanie oneskorení na úrovni milisekúnd v rôznych bodoch softvéru, ako to vyžaduje špecifikácia DisplayPort pre minimálne trvanie udalostí.
- LED diódy na zobrazenie stavu systému.
- Tlačidlové prepínače umožňujúce prepínanie medzi režimami škálovania a zapnutie a vypnutie zobrazenia loga Intel.
- Prepínače DIP umožňujúce prepínanie výstupného formátu a zapnutie a vypnutie tlače správ na terminál Nios II.
Udalosti pripojenia za chodu na zdroji DisplayPort aj prerušeniach spustenia, ktoré spúšťajú procesor Nios II, aby správne nakonfiguroval vysielač DisplayPort a potrubie. Hlavná slučka v softvérovom kóde tiež monitoruje hodnoty na tlačidlách a prepínačoch DIP a podľa toho mení nastavenie potrubia.
Ovládače I²C
Dizajn obsahuje dva radiče I²C (Si5338 a PS8460) na úpravu nastavení troch ďalších komponentov na vývojovej súprave Intel Arria 10 10 GX FPGA Development Kit. Dva generátory hodín Si5338 na vývojovej súprave Intel Arria 10 GX FPGA sa pripájajú k rovnakej zbernici I²C. Prvý generuje referenčné hodiny pre DDR4 EMIF. Štandardne sú tieto hodiny nastavené na 100 MHz pre použitie s 1066 MHz DDR4, ale tento dizajn beží DDR4 na 1200 MHz, čo vyžaduje referenčný takt 150 MHz. Pri spustení procesor Nios II prostredníctvom periférie radiča I²C zmení nastavenia v mape registrov prvého Si5338, aby sa zvýšila rýchlosť referenčných hodín DDR4 na 150 MHz. Druhý generátor hodín Si5338 generuje vid_clk pre taktované video rozhranie medzi potrubím a IP vysielača DisplayPort. Musíte upraviť rýchlosť týchto hodín pre každé rôzne výstupné rozlíšenie a obnovovaciu frekvenciu podporovanú dizajnom. Môžete upraviť rýchlosť za behu, keď to procesor Nios II vyžaduje. Dcérska karta Bitec DisplayPort 1.4 FMC využíva opakovač a retimer čistenia jitteru Parade PS8460. Pri spustení procesor Nios II upraví predvolené nastavenia tohto komponentu tak, aby vyhovovali požiadavkám dizajnu.
Popis softvéru
8K DisplayPort Video Format Conversion Design ExampSúbor obsahuje IP z Intel Video and Image Processing Suite a rozhranie DisplayPort IP Všetky tieto IP môžu pri správnom nastavení spracovávať rámce údajov bez akéhokoľvek ďalšieho zásahu. Musíte implementovať externé riadenie na vysokej úrovni, aby ste nastavili IP adresy na začiatku a keď sa systém zmení, napr. udalosti aktívneho zapojenia prijímača alebo vysielača DisplayPort alebo činnosti používateľského tlačidla. V tomto dizajne procesor Nios II, na ktorom je spustený ovládací softvér na mieru, poskytuje ovládanie na vysokej úrovni. Pri spustení softvéru:
- Nastaví referenčné hodiny DDR4 na 150 MHz, aby umožnili rýchlosť 1200 MHz DDR, potom resetuje IP rozhranie externej pamäte, aby sa prekalibrovalo na nové referenčné hodiny.
- Nastavuje opakovač a opakovač PS8460 DisplayPort.
- Inicializuje rozhrania prijímača a vysielača DisplayPort.
- Inicializuje adresy IP kanála spracovania.
Po dokončení inicializácie softvér vstúpi do nepretržitej slučky while, ktorá kontroluje množstvo udalostí a reaguje na ne.
Zmení sa na režim škálovania
Dizajn podporuje tri základné režimy škálovania; passthrough, upscale a downscale. V režime prechodu návrh nezmenšuje veľkosť vstupného videa, v režime upscale dizajn zväčší vstupné video a v režime downscale dizajn zníži vstupné video.
Štyri bloky v potrubí spracovania; Clipper, downscaler, upscaler a Mixer určujú prezentáciu konečného výstupu v každom režime. Softvér riadi nastavenia každého bloku v závislosti od aktuálneho vstupného rozlíšenia, výstupného rozlíšenia a zvoleného režimu mierky. Vo väčšine prípadov Clipper prechádza vstupom nezmenený a veľkosť pozadia mixéra má rovnakú veľkosť ako konečná, upravená verzia vstupného videa. Ak je však rozlíšenie vstupného videa väčšie ako výstupná veľkosť, nie je možné použiť prevzorkovanie na vstupné video bez toho, aby ste ho najprv orezali. Ak je vstupné rozlíšenie menšie ako výstupné, softvér nemôže použiť zmenšenie bez použitia vrstvy pozadia mixéra, ktorá je väčšia ako vrstva vstupného videa, čo pridáva čierne pruhy okolo výstupného videa.
Tabuľka 4. Spracovanie blokových potrubí
Táto tabuľka uvádza činnosť štyroch blokov spracovateľského potrubia v každej z deviatich kombinácií režimu škálovania, vstupného rozlíšenia a výstupného rozlíšenia.
| Režim | dovnútra > von | dovnútra = von | v < von |
| Passthrough | Orezať výstupnú veľkosť Žiadne zmenšenie | Žiadny klip
Žiadny downscale |
Žiadny klip
Žiadny downscale |
| pokračovanie… | |||
| Režim | dovnútra > von | dovnútra = von | v < von |
| Žiadny luxus
Bez čierneho okraja |
Žiadny luxus
Bez čierneho okraja |
Žiadny luxus
Čierne okraje podložky podľa výstupnej veľkosti |
|
| Upscale | Klip na výstupnú veľkosť 2/3 Žiadne zmenšenie
Zväčšiť na výstupnú veľkosť Bez čierneho okraja |
Klip na výstupnú veľkosť 2/3 Žiadne zmenšenie
Zväčšiť na výstupnú veľkosť Bez čierneho okraja |
Žiadny klip
Žiadny downscale Zväčšiť na výstupnú veľkosť Bez čierneho okraja |
| Downscale | Žiadny klip
Zmenšiť na výstupnú veľkosť Žiadne preškálovanie Bez čierneho okraja |
Žiadny klip
Zmenšiť na výstupnú veľkosť Žiadne preškálovanie Bez čierneho okraja |
Žiadny klip
Zmenšenie na 2/3 vstupnej veľkosti Žiadne preškálovanie Čierne okraje podložky podľa výstupnej veľkosti |
Prepínajte medzi režimami stlačením používateľského tlačidla 1. Softvér monitoruje hodnoty na tlačidlách pri každom prechode slučkou (vykoná softvérový debounce) a primerane nakonfiguruje IP adresy v procesnom potrubí.
Zmeny na vstupe DisplayPort
Pri každom prechode cez slučku softvér zisťuje stav taktovaného video vstupu a hľadá zmeny v stabilite vstupného video toku. Softvér považuje video za stabilné, ak:
- Vstup Clocked Video Input hlási, že taktované video je úspešne uzamknuté.
- Vstupné rozlíšenie a farebný priestor sa od predchádzajúceho prechodu slučkou nezmenili.
Ak bol vstup stabilný, ale stratil uzamknutie alebo sa zmenili vlastnosti toku videa, softvér zastaví odosielanie videa taktovaným video vstupom cez kanál. Tiež nastaví Mixer tak, aby prestal zobrazovať vrstvu vstupného videa. Výstup zostáva aktívny (zobrazuje sa čierna obrazovka a logo Intel) počas akýchkoľvek udalostí hotplug prijímača alebo zmeny rozlíšenia.
Ak vstup nebol stabilný, ale teraz je stabilný, softvér nakonfiguruje pipeline na zobrazenie nového vstupného rozlíšenia a farebného priestoru, reštartuje výstup z CVI a nastaví mixér tak, aby znova zobrazil vrstvu vstupného videa. Opätovné aktivovanie vrstvy mixéra nie je okamžité, pretože vyrovnávacia pamäť snímok môže stále opakovať staré snímky z predchádzajúceho vstupu a dizajn musí tieto snímky vymazať. Potom môžete znova zapnúť displej, aby ste predišli poruchám. Vyrovnávacia pamäť snímok uchováva počet snímok načítaných z DDR4, ktoré dokáže prečítať procesor Nios II. Softvér sampzníži tento počet, keď sa vstup ustáli, a znovu aktivuje vrstvu Mixer, keď sa počet zvýši o štyri snímky, čo zaisťuje, že dizajn vymaže všetky staré snímky z vyrovnávacej pamäte.
Vysielač DisplayPort Udalosti rýchleho pripojenia
Udalosti typu hot-plug na vysielači DisplayPort vyvolajú prerušenie v rámci softvéru, ktorý nastaví príznak, ktorý upozorní hlavnú softvérovú slučku na zmenu výstupu. Keď dizajn detekuje hot plug vysielača, softvér načíta EDID pre nový displej, aby určil, ktoré rozlíšenia a farebné priestory podporuje. Ak nastavíte prepínače DIP do režimu, ktorý nový displej nepodporuje, softvér sa vráti do menej náročného režimu zobrazenia. Potom nakonfiguruje potrubie, IP vysielača DisplayPort a časť Si5338, ktorá generuje vysielač vid_clk pre nový výstupný režim. Keď vstup zaznamená zmeny, vrstva Mixer pre vstupné video sa nezobrazí, pretože softvér upravuje nastavenia potrubia. Softvér sa znova neaktivuje
zobrazenie až po štyroch snímkach, keď nové nastavenia prejdú rámčekom
vyrovnávacia pamäť.
Zmeny nastavení prepínača DIP používateľa
Polohy používateľských DIP prepínačov 2 až 6 ovládajú výstupný formát (rozlíšenie, snímkovú frekvenciu, farebný priestor a bity na farbu) ovládaný cez vysielač DisplayPort. Keď softvér zistí zmeny na týchto DIP prepínačoch, prebehne sekvenciou, ktorá je prakticky identická s hot plug vysielača. Nemusíte sa pýtať na EDID vysielača, pretože sa nemení.
História revízií pre AN 889: Dizajn konverzie formátu videa 8K DisplayPort Prample
Tabuľka 5. História revízií pre AN 889: Návrh konverzie formátu videa 8K DisplayPort Prample
| Verzia dokumentu | Zmeny |
| 2019.05.30 | Prvotné uvoľnenie. |
Intel Corporation. Všetky práva vyhradené. Intel, logo Intel a ďalšie značky Intel sú ochranné známky spoločnosti Intel Corporation alebo jej dcérskych spoločností. Spoločnosť Intel zaručuje výkon svojich FPGA a polovodičových produktov podľa aktuálnych špecifikácií v súlade so štandardnou zárukou spoločnosti Intel, ale vyhradzuje si právo kedykoľvek bez upozornenia zmeniť akékoľvek produkty a služby. Spoločnosť Intel nepreberá žiadnu zodpovednosť ani zodpovednosť vyplývajúcu z aplikácie alebo používania akýchkoľvek informácií, produktov alebo služieb opísaných v tomto dokumente, pokiaľ to nie je výslovne písomne dohodnuté spoločnosťou Intel. Zákazníkom spoločnosti Intel sa odporúča získať najnovšiu verziu špecifikácií zariadenia skôr, ako sa budú spoliehať na akékoľvek zverejnené informácie a pred zadaním objednávky produktov alebo služieb.
*Iné názvy a značky môžu byť majetkom iných.
Dokumenty / zdroje
 |
intel AN 889 8K DisplayPort Video Format Conversion Design Example [pdf] Používateľská príručka Dizajn konverzie video formátu AN 889 8K DisplayPort Prample, AN 889, 8K DisplayPort Video Format Conversion Design Prample, Návrh prevodu formátu Prample, Conversion Design Example |
