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隨著信息化技術的提高，人們對于視覺欣賞的要求越來越高。“視覺沖擊力”成為人們評判顯示性能的一個標準。視覺沖擊力不僅要求畫面尺寸超大，最主要的還要要求畫面顯示清晰，包括圖片與文字。為了滿足這種訴求，本文以京微雅格CME-M5（金山）為例，為您分析如何在HDMI高清信號中疊加字符，并且最終實現高清輸出的過程。
如下圖所示，不難看出， 就是把一路HDMI高清信號通過HDMI轉RGB芯片送到CME-M5后，與外部的字符芯片進行高清疊加后，再通過RGB轉HDMI送出來。
拋開其它的功能，從最最簡單By-Pass開始驗證， 就是說， 150MHz的24bit RGB進，不作任何處理，直接把150MHz的24 bit RGB送出，如果By-Pass都搞不定，其它功能再調試也是枉然。By-Pass的關鍵代碼如下：
以列灰階的驗證，是最容易看出問題的。簡單補充一下，什么叫灰階？
灰階代表了由最暗到最亮之間不同亮度的層次級別。這中間層級越多，所能夠呈現的畫面效果也就越細膩。以8bit panel為例，能表現2的8次方，等于256個亮度層次，我們就稱之為256灰階。
對應于數字邏輯來說， 就是R/G/B從0~255漸變的過程，分成256等份，遞增為1， 叫256灰階;分成8等份，遞增值為32，叫8灰階。
假設計是256級的黑白灰屏， R-G-B三色同時由FF變為00，即24根數據線同時電平翻轉，這對FPGA芯片的供電、速度要求是最高的， 所以專用測試驗證來看，灰階基本上可以驗證視頻傳輸的質量是否穩定可靠， 其它的拿圖片混過關的實際上都不算數的。
那好吧， 我們就以256灰階作為參考圖例驗證。
按照一般CPLD EPM240的設計， 直通的效果是完美，不用懷疑，已經過廣泛的使用。正常的效果如下，沒亮線，沒噪點。
而在通過M5-ByPass的顯示效果如下所示（幾張示例圖片），幾種顏色的灰階都出現亮線。
根據以上可得， 像CPLD那種By-Pass的方式是行不通的。 引起灰階亮線問題，一般有兩個：
（1） 一個是驅動電流不足;
（2） 另一個是IO或時鐘速度跟不上，數據沒有對齊;
先從第一個解決方案著手，在primace7.2下把默認的HS，VS輸出4mA（default）改為8mA，對翻轉速度比較快的PCLK改為16mA。而輸入全部加拉弱上拉，改了以后僅對黃色灰階有改善（看不出亮線），其它的并沒有改進行。
進行第二個方案，解決數據對齊的問題。 加入FastIO設置，效果也沒有明顯示的改善。
最終考慮，還是用同步時鐘把RGB-HS-VS打一拍同步進來試試看， 代碼也非常簡單，如下所示。
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出來的效果是讓人滿意的。之前的所有彩色灰階，顯示正常，如下所示。
準備收工舉杯慶祝的時候，發現最后一關仍然沒過，那就是該死的256黑白灰階，還剩下一條亮線了，按照一般應用，都是圖片疊加文字，是能混過去的。因為到了這一步好像沒什么可以調整了，設計太簡單了，也曾想過，那就這樣吧，M5的性能也就只能到這里。
亮線的問題除了跟數據有關，也跟時鐘有關，PCLK的電流設置到16mA，帶來增加驅動能力的好處，同時也會增大電平翻轉的過沖。如下圖所示，綠色的方波是我們想要的最佳波形，紅色波形卻是實際的情況，拿張M5的電路，示波器測試一下即可驗證。
如果能把過沖收拾掉同時能保持16mA的電流，這個信號就是完美的。我們希望是這樣，現在還剩下一個看似不重要的參數仍然可以調整，叫做Slew-Rate。看上去都是默認最快的Fastest（default），都已經最快，還是什么可調節呢，我們不是要求最快的嗎？
由于英文不太好，百度搜索了一下Slew-Rate的意思。
slew rate 就是電壓轉換速率（Slew Rate），簡寫為SR，簡稱壓擺率。其定義是在1微秒或者1納秒等時間里電壓升高的幅度，直觀上講就是方波電壓由波谷升到波峰所需時間。
如下圖所示。
也就是說slew-rate是能夠影響PCLK方波輸出的爬升的時間，slew-rate越快，翻轉速度越快，過沖越大，反之爬升的時間越慢，過沖就越少。這跟運算放大器通過調節電容控制轉換時間是一致的，slew-rate的調節跟調整電容器是類似的，有電容就有可能吃掉過沖干擾。
分析完畢，在primace的軟件設置如下。
運行結果比想象中的要好，如下所示， 灰階的亮線也是不見了，非常干凈。可以收工，往下一步走了。
見高清大圖
對于應用來看， Fastest的Slew-Rate未必如其名，速度是最快的，它可以導致其它問題的產生，適當微調各類參數，有時也會有意想不到的好結果。當然也證明了CME-M5的IO是有能力實現150MHz的高清視頻傳輸。
此文僅作拋磚引玉，實際問題還得實際分析，如果能對大家有一定借鑒，那將是莫大的榮幸。
作者：京微雅格系統應用工程師 楊雪峰
工商網監
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