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HDMI点屏很简单?嵌入式老鸟笑而不语

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大家好,我是王工。

作为嵌入式工程师,我们每天都在和各种接口、协议打交道。这个领域涉及的知识点和细节实在太多,以至于大多数时候我们只能依赖参考设计快速实现功能,赶着样机交付。如果没有遇到问题,自然皆大欢喜,甚至会让人产生"这个接口很简单"的错觉。

图源 | 时光之光

就像最近一个同事说的:"HDMI接口点屏很简单啊!"但当被问到细节时——比如最基本的HDMI握手过程——他却答不上来。这种情况很常见:因为没遇到过问题,所以也就没有深究过底层原理。

今天,我们就来探讨一下HDMI接口的一些基础知识及握手过程。它能更好的帮助我们在调试时更快定位问题,也能让我们对这个看似"简单"的接口有更全面的认识。毕竟,在嵌入式开发中,越是觉得"简单"的地方,往往隐藏着最多的坑。


011

HDMI基础

基础知识中,我这里只强调几个要点,有助于我们对于产品的设计。


通过百度百科,可以简单的了解到HDMI接口的定义:

图源 | 百度百科

通过这个定义,我们只需要记住以下几个特点:

  • HDMI 是数字信号

  • HDMI可以传送未压缩的视频信号

  • HDMI可以传送未压缩的音频信号

  • 持热拔插功能



HDMI接口目前主要有4个版本:1.4、2.0、2.1和最新的2.2。版本越高,带宽越高,就可以支持更高的分辨率和刷新率‌,同时HDMI接口具有向下兼容的特性。


HDMI的接口类型包括
图源 | 知乎

  • Type A(标准):19针,最常见(电视、电脑等)。

  • Type B(Dual-link):29针,不常见,数据传输能力强专业显示器、摄像机等)。

  • Type C(Mini):便携设备(如相机、平板)。

  • Type D(Micro):超小型设备(部分手机)。

  • Type E(车载):带锁定机制,抗震动。

可根据具体的应用场景来选型合适的接口。


021

HDMI接口引脚定义

咱们常用的HDMI接口一般有19个引脚,Type B HDMI比较特殊,有29个引脚(实际应用中王工也没有见过)。

以下是HDMI A接口咱们常用的原理图,19个针脚的具体定义就不一一列举了:
图源 |日常原理图

HDMI接口的引脚定义,咱们把它主要分为以下四类‌:

‌①数据信号引脚

1-9引脚用于数据传输,分为0、1、2三组,负责传输视频信号‌。

每一组包含一对正、负差分信号和地,如:

TMDS DATA0+/TMDS DATA0-/GND


‌②时钟信号引脚‌

10-12三个引脚用于传输TMDS时钟信号,用于同步视频和音频数据‌。

只有一组包含一对正、负差分信号和地,如:

TMDS DATA CLOCK+/TMDS DATA CLOCK-/GND


‌③控制信号引脚

  • CEC引脚‌:13引脚用于控制功能如通过电视遥控器控制DVD播放
I2C引脚‌:15-16引脚用于DDC通信,主要用于EDID和HDCP的传输‌。
  • Hotplug引脚‌:19引脚用于监测HDMI设备是否存在,实现热插拔功能‌

  1. 电源和接地引脚
5V电源引脚‌:18引脚提供5V电源‌。
接地引脚‌:17引脚用于接地‌。

关于这个原理图,大家可以看到HDMI接口的5V供电回路中串联了一个二极管,这一点咱们着重强调一下:
这个二极管主要目的是为了防止电流倒灌
在HDMI连接中,我们一般只允许电流从 source 端流向 sink 端,而不能反向流动。如果连接到HDMI的设备( sink 端)尝试供电给发送设备( source 端),串联的二极管可以防止逆向流动的电流损坏发送设备的电路。

此外,这种设计还有一个目的,用于保持HDMI接口电源电压的稳定。如果 sink 端设备尝试提供一个不同的电压,串联的二极管可以防止这个非标准电压影响到 source 端的敏感电路。

这样,无论是电源供应问题还是连接错误,都可以通过二极管来保护设备不受损害。另外尽量选用漏电流较小的肖特基二极管


031

HDMI握手过程

HDMI握手是指Source端(信号源)Sink端(显示设备)建立连接的过程,其目的是确保主机输出的画面能够正常显示在屏幕上。

通过工作中的实际经验和一些比较好的参考资料,王工把HDMI的握手过程分为一下几点:

①HPD热拔插检测

当HDMI线缆物理连接时,Sink端的HPD引脚(Pin19)会拉高电压(通常至+5V),通知Source端设备已连接。


这是HDMI正常通信的第一个步骤,当物理线缆建立物理连接后,如果你有两个屏,一直点亮的那个屏可以看到检测过程中有一个明显缩放的画面。



②EDID读取
很多人第一次接触HDMI可能不知道EDID是什么,它是显示器一种标准,通过DDC传输,可以提供显示器的详细信息,包括:制造商,尺寸,分辨率支持、色彩格式,基本参数......
可能你还是不太清楚,你只需要知道,它的作用是为了能让主机更好的识别显示器属性,以显示出跟显示器适配的画面。
这个读取过程主要是通过15-16的I2C引脚,一般在HDMI接口处我们也会预留一个EEPROM,方便信息的存储。

③TMDS链路训练
首先要知道TMDS链路训练的目的,主要是协商物理层参数,确保信号传输稳定性
这个过程比较复杂,包括时钟信号的同步,校准,均衡调整,通道对齐,这里就不细说了,感兴趣的同学可以看看如下两篇文章:
https://blog.csdn.net/qq_40483920/article/details/108164292
https://m.elecfans.com/article/1976734.html



视频/音频传输

完成上述步骤后,Source端按EDID协商的参数,通过TMDS通道发送视频数据和音频数据。



了解了HDMI的握手过程,有助于我们解决平时在产品开发中遇到的一些黑屏无信号分辨率显示异常或者无音频问题。



本文介绍了HDMI接口的基础知识,但实际应用中的注意事项远不止于此。例如,Layout设计、EMC设计、连接线选型等,都会直接影响项目的顺利推进。稍有不慎,就可能导致信号完整性下降、兼容性问题甚至项目延期。


如果大家对HDMI相关的深入内容(如高速信号设计、EMC对策或线缆选型技巧)感兴趣,欢迎在评论区留言或提问。后续我们可以根据大家的反馈,展开更详细的专题讨论!

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首次发布时间:2025-11-27
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