紫光同创FPGA实现HSSTHP光口视频传输+图像缩放，基于Aurora 8b/10b编解码架构，提供3套PDS工程源码和技术支持

紫光同创FPGA实现HSSTHP光口视频传输+图像缩放，基于Aurora 8b/10b编解码架构，提供3套PDS工程源码和技术支持

1、前言

国产FPGA现状：

“苟利国家生死以，岂因祸福避趋之！”大洋彼岸的我优秀地下档员，敏锐地洞察到祖国的短板在于先进制程半导体的制造领域，于是本着为中华民族伟大复兴的中国梦贡献绵薄之力的初心，懂先生站在高略高度和长远角度谋划，宁愿背当代一世之骂名也要为祖国千秋万世谋，2018年7月，懂先生正式打响毛衣战，随后又使出恰勃纸战术，旨在为祖国先进制程半导体领域做出自主可控的战略推动；2019年初我刚出道时，还是Xilinx遥遥领先的时代(现在貌似也是)，那时的国产FPGA还处于黑铁段位；然而才短短7年，如今的国产FPGA属于百家争鸣、百花齐放、八仙过海、神仙打架、方兴未艾、得陇望蜀、友商都是XX的喜极而泣之局面，此情此景，不得不吟唱老人家的诗句：魏武挥鞭，东临碣石有遗篇，萧瑟秋风今又是，换了人间。。。
目前对于国产FPGA优势有以下几点：
1：性价比高，与同级别国外大厂芯片相比，价格相差几倍甚至十几倍；
2：自主可控，国产FPGA拥有完整自主知识产权的产业链，从芯片到相关EDA工具；
3：响应迅速，FAE技术支持比较到位，及时解决开发过程中遇到的问题，毕竟中文数据手册；
4：采购方便，产业链自主可控，采购便捷；

FPGA实现SFP光口视频编解码现状；

目前FPGA实现SFP光口传输方案很丰富，主流还是Xilinx的GT系列，此外国产FPGA厂商也纷纷抄袭Xilinx推出了自己的高速接口方案；基于Xilinx系列FPGA的SFP光口视频编解码主要有以下几种，Artix7系列的GTP、Kintex7系列的GTX、更高端FPGA器件的GTH、GTY、GTV、GTM等，线速率越来越高，应用场景也越来越高端；编码方式也是多种多样，有8b/10b编解码、64b/66b编解码、HDMI编解码、SDI编解码等等；国产的紫光同创也推出了HSSTLP、HSSTHP等方案，官方宣称其性能可对标Xilinx的GTP、GTX，但本博实际测试发现，HSSTLP/HP无论是功能还是性能都无法与Xilinx的GTP/GTX相媲美，但将个烂就也行，毕竟聊胜于无嘛；本设计采用紫光同创系列FPGA的HSSTHP作为高速接口、8b/10b编解码的方式实现SFP光口视频编解码；

FPGA实现图像缩放现状：

FPGA实现图像缩放大体分两种方案，第一种是使用纯verilog代码实现，其优势是可移植性强，可广泛应用于各种型号FPGA，维护性强，通用性强，缺点是开发难度大，对开发者技术要求很高，功能和性能不够灵活；第二种是使用纯HLS代码实现，比如Xilinx的Video Processing Subsystem，其优势是开发难度小，对开发者技术要求很低，可快速实现部署，特别适用于Xilinx的Zynq系列FPGA，功能和性能很灵活，缺点是可移植性很差，目前仅限于Xilinx系列FPGA，维护性差，通用性差；本设计采用纯verilog代码方案实现双线性插值的图像缩放；

工程概述

本文使用紫光同创的Titan2系列FPGA做基础的图像视频采集系统；视频输入源有多种，一种是板载的HDMI输入接口，另一种是传统摄像头，包括OV7725、OV5640和AR0135；如果你的FPGA开发板没有视频输入接口，或者你的手里没有摄像头时，可以使用FPGA逻辑实现的动态彩条模拟输入视频，代码里通过parametr参数选择视频源，默认不使用动态彩条；FPGA首先对摄像头进行i2c初始化配置，然后采集摄像头视频；然后对输入视频做图像缩放操作，图像缩放模块可实现任意比例缩放，支持临域插值和双线性插值2种算法，通过模块顶层参数选择，默认使用双线性插值；然后采集的输入视频送入视频组包模块，将视频的每一行打上包头包尾标记以包的形式输出，以便接收方进行有效识别；让后调用紫光同创官方的HSSTHP IP核实现视频8b/10b编码和数据串化，将并行数据串化为高速串行差分信号，线速率设置为5Gbps，编码后的视频通过板载的SFP光口的光纤输出；然后用板载的SFP光口的光纤接收视频，然后送入紫光同创官方的HSSTHP IP核实现视频8b/10b解码和数据解串，将差分高速串行信号解为并行数据；然后数据送入数据对齐模块，实现错位数据对齐；然后数据送入视频解包模块，实现每一行的视频包头包尾拆解，并生成对应的场同步信号和数据有效信号输出；然后视频送入图像缓存架构实现视频3帧缓存功能，本设计使用DDR4作为缓存介质；然后Native视频时序控制图像缓存架构从DDR4中读取视频，并做Native视频时序同步，输出RGB888视频；然后视频送入Silicom9134芯片实现RGB转HDMI功能；最后视频通过板载HDMI输出接口送显示器显示即可；针对市场主流需求，本设计提供3套PDS工程源码，具体如下：

现对上述3套工程源码做如下解释，方便读者理解：

工程源码1

开发板FPGA型号为PG2T390H-6FFBG900；输入视频为OV7725摄像头或者动态彩条，默认使用OV7725；FPGA首先使用纯Verilog实现的i2c总线对摄像头进行初始化配置，分辨率配置为640x480@60Hz；然后对输入视频做图像缩放操作，将原视频从640x480缩放到1920x1080，您可修改缩放参数轻松缩放到其他分辨率，工程只是举例，修改方法博客有说明；然后缩放后的视频送入视频组包模块，将视频的每一行打上包头包尾标记以包的形式输出，以便接收方进行有效识别；让后调用紫光同创官方的HSSTHP IP核实现视频8b/10b编码和数据串化，将并行数据串化为高速串行差分信号，线速率设置为5Gbps，编码后的视频通过板载的SFP光口的光纤输出；然后用板载的SFP光口的光纤接收视频，然后送入紫光同创官方的HSSTHP IP核实现视频8b/10b解码和数据解串，将差分高速串行信号解为并行数据；然后数据送入数据对齐模块，实现错位数据对齐；然后数据送入视频解包模块，实现每一行的视频包头包尾拆解，并生成对应的场同步信号和数据有效信号输出；然后视频送入图像缓存架构实现视频3帧缓存功能，本设计使用DDR4作为缓存介质；然后Native视频时序控制图像缓存架构从DDR4中读取视频，并做Native视频时序同步，输出RGB888视频，输出分辨率为1920x1080@60Hz，然后视频送入Silicom9134芯片实现RGB转HDMI功能；最后视频通过板载HDMI输出接口送显示器显示即可；该工程适用于紫光同创FPGA实现SFP光口的视频采集卡（光端机）应用；

工程源码2

开发板FPGA型号为PG2T390H-6FFBG900；输入视频为OV5640摄像头或者动态彩条，默认使用OV5640；FPGA首先使用纯Verilog实现的i2c总线对摄像头进行初始化配置，分辨率配置为1280x720@30Hz；然后对输入视频做图像缩放操作，将原视频从1280x720缩放到1920x1080，您可修改缩放参数轻松缩放到其他分辨率，工程只是举例，修改方法博客有说明；然后缩放后的视频送入视频组包模块，将视频的每一行打上包头包尾标记以包的形式输出，以便接收方进行有效识别；让后调用紫光同创官方的HSSTHP IP核实现视频8b/10b编码和数据串化，将并行数据串化为高速串行差分信号，线速率设置为5Gbps，编码后的视频通过板载的SFP光口的光纤输出；然后用板载的SFP光口的光纤接收视频，然后送入紫光同创官方的HSSTHP IP核实现视频8b/10b解码和数据解串，将差分高速串行信号解为并行数据；然后数据送入数据对齐模块，实现错位数据对齐；然后数据送入视频解包模块，实现每一行的视频包头包尾拆解，并生成对应的场同步信号和数据有效信号输出；然后视频送入图像缓存架构实现视频3帧缓存功能，本设计使用DDR4作为缓存介质；然后Native视频时序控制图像缓存架构从DDR4中读取视频，并做Native视频时序同步，输出RGB888视频，输出分辨率为1920x1080@60Hz，然后视频送入Silicom9134芯片实现RGB转HDMI功能；最后视频通过板载HDMI输出接口送显示器显示即可；该工程适用于紫光同创FPGA实现SFP光口的视频采集卡（光端机）应用；

工程源码3

开发板FPGA型号为PG2T390H-6FFBG900；输入视频为HDMI视频，用笔记本电脑模拟，笔记本电脑通过HDMI线连接FPGA开发板的HDMI输入接口，板载的IT6802芯片实现HDMI视频解码，FPGA使用纯Verilog实现的i2c总线对IT6802进行初始化配置，分辨率配置为1920x1080@60Hz，输出RGB888视频给FPGA；然后对输入视频做图像缩放操作，将原视频从1920x1080缩放到1280x720，您可修改缩放参数轻松缩放到其他分辨率，工程只是举例，修改方法博客有说明；然后缩放后的视频送入视频组包模块，将视频的每一行打上包头包尾标记以包的形式输出，以便接收方进行有效识别；让后调用紫光同创官方的HSSTHP IP核实现视频8b/10b编码和数据串化，将并行数据串化为高速串行差分信号，线速率设置为5Gbps，编码后的视频通过板载的SFP光口的光纤输出；然后用板载的SFP光口的光纤接收视频，然后送入紫光同创官方的HSSTHP IP核实现视频8b/10b解码和数据解串，将差分高速串行信号解为并行数据；然后数据送入数据对齐模块，实现错位数据对齐；然后数据送入视频解包模块，实现每一行的视频包头包尾拆解，并生成对应的场同步信号和数据有效信号输出；然后视频送入图像缓存架构实现视频3帧缓存功能，本设计使用DDR4作为缓存介质；然后Native视频时序控制图像缓存架构从DDR4中读取视频，并做Native视频时序同步，输出RGB888视频，输出分辨率为1280x720@60Hz，然后视频送入Silicom9134芯片实现RGB转HDMI功能；最后视频通过板载HDMI输出接口送显示器显示即可；该工程适用于紫光同创FPGA实现SFP光口的视频采集卡（光端机）应用；

本博客描述了紫光同创FPGA实现HSSTHP光口视频传输+图像缩放的设计方案，工程代码可综合编译上板调试，可直接项目移植，适用于在校学生、研究生项目开发，也适用于在职工程师做学习提升，可应用于医疗、军工等行业的高速接口或图像处理领域；
提供完整的、跑通的工程源码和技术支持；
工程源码和技术支持的获取方式放在了文章末尾，请耐心看到最后；

免责声明

本工程及其源码即有自己写的一部分，也有网络公开渠道获取的一部分(包括CSDN、Xilinx官网、Altera官网等等)，若大佬们觉得有所冒犯，请私信批评教育；基于此，本工程及其源码仅限于读者或粉丝个人学习和研究，禁止用于商业用途，若由于读者或粉丝自身原因用于商业用途所导致的法律问题，与本博客及博主无关，请谨慎使用。。。

2、相关方案推荐

我已有的所有工程源码总目录----方便你快速找到自己喜欢的项目

其实一直有朋友反馈，说我的博客文章太多了，乱花渐欲迷人，自己看得一头雾水，不方便快速定位找到自己想要的项目，所以本博文置顶，列出我目前已有的所有项目，并给出总目录，每个项目的文章链接，当然，本博文实时更新。。。以下是博客地址：
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紫光同创FPGA相关方案推荐

鉴于国产FPGA的优异表现和市场需求，我专门开设了一个人紫光同创FPGA专栏，里面收录了基于紫光同创FPGA的图像处理、UDP网络通信、GT高速接口、PCIE等博客，感兴趣的可以去看看，博客地址：点击直接前往

我这里已有的 GT 高速接口解决方案

我的主页有FPGA GT 高速接口专栏，该专栏有 GTP 、 GTX 、 GTH 、 GTY 等GT 资源的视频传输例程和PCIE传输例程，其中 GTP基于A7系列FPGA开发板搭建，GTX基于K7或者ZYNQ系列FPGA开发板搭建，GTH基于KU或者V7系列FPGA开发板搭建，GTY基于KU+系列FPGA开发板搭建；以下是专栏地址：
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Xilinx系列FPGA实现GTP光口视频传输方案推荐

Xilinx 7系列FPGA基于GTP实现光口视频传输，其性能优于紫光同创FPGA的HSSTLP，有这方面需求的用户可以参考本博之前的博客，博客链接如下：
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Xilinx系列FPGA实现GTX光口视频传输方案推荐

Xilinx 7系列FPGA基于GTX实现光口视频传输，其性能优于紫光同创FPGA的HSSTLP，有这方面需求的用户可以参考本博之前的博客，博客链接如下：
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Xilinx系列FPGA实现GTH光口视频传输方案推荐

Xilinx 7系列FPGA基于GTH实现光口视频传输，其性能优于紫光同创FPGA的HSSTLP，有这方面需求的用户可以参考本博之前的博客，博客链接如下：
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Xilinx系列FPGA实现UltraScale-GTH光口视频传输方案推荐

Xilinx UltraScale系列FPGA基于UltraScale-GTH实现光口视频传输，其性能优于紫光同创FPGA的HSSTLP，有这方面需求的用户可以参考本博之前的博客，博客链接如下：
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Xilinx系列FPGA实现UltraScale-GTY光口视频传输方案推荐

Xilinx UltraScale+系列FPGA基于UltraScale-GTY实现光口视频传输，其性能优于紫光同创FPGA的HSSTLP，有这方面需求的用户可以参考本博之前的博客，博客链接如下：
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紫光同创PGL100G系列FPGA实现HSSTLP光口视频传输方案推荐

紫光同创PGL100G系列FPGA基于HSSTLP实现光口视频传输，其性能不及紫光同创FPGA的HSSTHP，有这方面需求的用户可以参考本博之前的博客，博客链接如下：
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3、设计思路框架

工程设计原理框图

工程设计原理框图如下：

输入Sensor之–>OV7725摄像头

输入Sensor是本工程的输入设备，其一为OV7725摄像头，此外本博主在工程中还设计了动态彩条模块，彩条由FPGA内部逻辑产生，且是动态移动的，完全可模拟Sensor，输入源选择Sensor还是彩条，通过Sensor模块的顶层参数配置，默认选择Sensor输入；Sensor模块如下：

SENSOR_TYPE=0；则输出OV7725摄像头采集的视频；
SENSOR_TYPE=1；则输出动态彩条的视频；

OV7725摄像头需要i2c初始化配置，本设计配置为640x480@60Hz分辨率，本设计提供纯verilog代码实现的i2c模块实现配置功能；此外，OV7725摄像头还需要图像采集模块实现两个时钟输出一个RGB565的视频转换为一个时钟输出一个RGB888视频，本设计提供纯verilog代码实现的图像采集模块实现配置功能；动态彩条则由FPGA内部逻辑实现，由纯verilog代码编写；将OV7725摄像头配置采集和动态彩条进行代码封装，形成helai_OVsensor.v的顶层模块，整个模块代码架构如下：

输入Sensor之–>OV5640摄像头

输入Sensor是本工程的输入设备，其一为OV5640摄像头，此外本博主在工程中还设计了动态彩条模块，彩条由FPGA内部逻辑产生，且是动态移动的，完全可模拟Sensor，输入源选择Sensor还是彩条，通过Sensor模块的顶层参数配置，默认选择Sensor输入；Sensor模块如下：

SENSOR_TYPE=0；则输出OV5640摄像头采集的视频；
SENSOR_TYPE=1；则输出动态彩条的视频；

OV5640摄像头需要i2c初始化配置，本设计配置为1280x720@30Hz分辨率，本设计提供纯verilog代码实现的i2c模块实现配置功能；此外，OV5640摄像头还需要图像采集模块实现两个时钟输出一个RGB565的视频转换为一个时钟输出一个RGB888视频，本设计提供纯verilog代码实现的图像采集模块实现配置功能；动态彩条则由FPGA内部逻辑实现，由纯verilog代码编写；将OV5640摄像头配置采集和动态彩条进行代码封装，形成helai_OVsensor.v的顶层模块，整个模块代码架构如下：

输入Sensor之–>芯片解码的HDMI

输入Sensor是本工程的输入设备，其二为板载的HDMI输入接口；输入源为板载的HDMI输入接口或动态彩条，分辨率为1920x1080@60Hz，使用笔记本电脑接入HDMI输入接口，以模拟输入Sensor；HDMI解码方案为芯片解码，使用IT6802，可将输入的HDMI视频解码为RGB888视频；FPGA纯verilog实现的i2c配置模块完成对IT6802芯片的配置，分辨率配置为1920x1080@60Hz；可以通过Sensor模块的顶层参数配置，默认选择Sensor输入；Sensor模块如下：

SENSOR_TYPE=0；则输出HDMI接口采集的视频；
SENSOR_TYPE=1；则输出动态彩条的视频；
整个模块代码架构如下：

图像缩放模块详解

图像缩放模块功能框图如下，由跨时钟FIFO、插值+RAM阵列构成，跨时钟FIFO的目的是解决跨时钟域的问题，比如从低分辨率视频放大到高分辨率视频时，像素时钟必然需要变大，这是就需要异步FIFO了，插值算法和RAM阵列具体负责图像缩放算法层面的实现；

插值算法和RAM阵列以ram和fifo为核心进行数据缓存和插值实现，设计架构如下：

依据上图，图像缩放模块内部核心是例化了4个双口RAM，作用是缓存4行图像，以得到4个临近的像素，以此为基础做线性插值；如果是做图像放大操作，就以这4个临近的像素为基准，以线性插值为算法，在原图像中插入更多的像素点来扩大分辨率；如果是做图像缩小操作，就以这4个临近的像素为基准，以线性插值为算法，在原图像中删除更多的像素点来缩小分辨率；此外，前面描述的工作是实时的、整幅图像全部扫描式的进行，所以需要对RAM的读写操作进行精准控制；

图像缩放模块代码架构如下：模块的例化请参考工程源码的顶层代码；

图像缩放模块FIFO的选择可以调用工程对应的PDS工具自带的FIFO IP核，也可以使用纯verilog实现的FIFO，可通过接口参数选择，图像缩放模块顶层接口如下：

FIFO_TYPE选择原则如下：
1：总体原则，选择"ziguang"好处大于选择"verilog"；
2：当你的FPGA逻辑资源不足时，请选"ziguang"；
3：当你图像缩放的视频分辨率较大时，请选"ziguang"；
4：当你的FPGA没有FIFO IP或者FIFO IP快用完了，请选"verilog"；
5：当你向自学一下异步FIFO时，，请选"verilog"；
6：不同FPGA型号对应的工程FIFO_TYPE参数不一样，但选择原则一样，具体参考代码；

2种插值算法的整合与选择
本设计将常用的双线性插值和邻域插值算法融合为一个代码中，通过输入参数选择某一种算法；
具体选择参数如下：

input  wire i_scaler_type //0-->bilinear;1-->neighbor

通过输入i_scaler_type 的值即可选择；

输入0选择双线性插值算法；
输入1选择邻域插值算法；

代码里的配置如下：

图像缩放模块使用（重点阅读）

图像缩放模块使用非常简单，顶层代码里设置了四个参数，如下：

上图是将输入视频分辨率从1280x720缩放为1920x1080；
如果你想将输入视频分辨率从1280x720缩放为640x480；
则只需修改为如下：

再比如你想将输入视频分辨率从1280x720缩放为960x540；
则只需修改为如下：


在本博主这里，想要实现图像缩放，操作就是这么无脑简单，就该两个参数就能搞定貌似高大上的双线性插值图像缩放，这种设计、这种操作、这种工程源码，你还喜欢吗？

图像缩放模块仿真

图像缩放模块需要vivado和matlab联合仿真；
需要注意的是，仿真的目的是为了验证，这一步我已经替你们做完了，所以读者不再需要单独仿真，如果读者是在需要自己仿真玩玩儿，需要自己写仿真代码；vivado和matlab联合仿真详细步骤如下：
第一步：网上下载一张1280X720的图片，并用matlab将图片转换为RGB格式的txt文档；
第二步：在vivado下设计tstbench，将RGB格式的txt文档作为视频输入源给到图像缩放模块，并将缩放后的图像数据写入输出txt文档；
第二步：用matlab将输出txt文档转换为图片，并于原图一并输出显示以做比较；
根据以上方法得到以下仿真结果：
双线性插值算法原图1280X720缩小到800x600如下：

邻域插值算法原图1280X720缩小到800x600如下：

双线性插值算法原图1280X720放大到1920x1080如下：

邻域插值算法原图1280X720放大到1920x1080如下：

视频数据组包

由于视频需要在HSSTHP中通过aurora 8b/10b协议收发，所以数据必须进行组包，以适应aurora 8b/10b协议标准；视频数据组包模块代码位置如下：

首先，我们将16bit的视频存入FIFO中，存满一行时就从FIFO读出送入HSSTHP发送；在此之前，需要对一帧视频进行编号，也叫作指令，HSSTHP组包时根据固定的指令进行数据发送，HSSTHP解包时根据固定的指令恢复视频的场同步信号和视频有效信号；当一帧视频的场同步信号上升沿到来时，发送一帧视频开始指令 0，当一帧视频的场同步信号下降沿到来时，发送一帧视频开始指令 1，视频消隐期间发送无效数据 0 和无效数据 1，当视频有效信号到来时将每一行视频进行编号，先发送一行视频开始指令，在发送当前的视频行号，当一行视频发送完成后再发送一行视频结束指令，一帧视频发送完成后，先发送一帧视频结束指令 0，再发送一帧视频结束指令 1；至此，一帧视频则发送完成，这个模块不太好理解，所以我在代码里进行了详细的中文注释，需要注意的是，为了防止中文注释的乱序显示，请用notepad++编辑器打开代码；指令定义如下：

注意！！！指令可以任意更改，但最低字节必须为bc；

基于HSSTHP高速接口的视频传输架构

本设计使用HSSTHP高速接口传输视频，使用8b/10b编解码协议，搭建基于HSSTHP高速接口的视频传输架构，包括视频数据组包模块、HSSTHP IP核配置调用、接收数据对齐模块、视频数据解包模块等部分，总体代码架构如下：

基于HSSTHP高速接口的视频传输架构顶层接口核参数配置如下：

本设计共例化了2路HSSTHP，所以2路HSSTHP的收发回环方式也做了灵活的参数化配置，如果你只需要1路HSSTHP，则可删除另一路，如果你想例化更多路HSSTHP，则可根据上述设计方法扩展，十分方便；

HSSTHP IP 简介

关于HSSTHP介绍最详细的肯定是紫光同创官方的《Titan2 系列产品 HSSTHP IP用户指南》，我们以此来解读：
Titan2系列产品内置了高速串行接口模块，即 HSSTHP。除了 PMA，HSSTHP还集成了丰富的 PCS功能，可灵活应用于各种串行协议标准，每通道的收发速度高达12.5 Gb/s，收发器支持不同的串行传输接口或协议，支持 PCI1.0，PCI2.0，XAUI，千兆以太网，CPRI，SRIO 等协议，官方宣称可对标Xilinx的GTX；

HSSTHP基本结构

紫光同创FPGA的HSSTHP模仿了Xilinx的GTX，HSSTHP基本结构如下：

每个 HSSTHP由两个 PLL 和四个收发 LANE 组成，其中每个 LANE 有两个子层：PCS（物理编码子层）和 PMA（物理媒体连接子层），PCS 子层包含 8B/10B 编解码、缓冲区、通道绑定和时钟修正等电路；PMA 层主要进行串并、并串转换、预加重、去加重、串行数据的发送和数据时钟的提取，包括四个组件：PCS Transmitter，PMATransmitter，PCS Receiver，PMA Receiver。PCS Transmitter 和 PMA Transmitter组成发送通路，PCS Receiver 和 PMA Receiver 组成接收通路；HSSTLP 中的四个收发 LANE 共享 PLL0 和 PLL1，每个发送或者接收 LANE 都可以独立选择 PLL0 或者 PLL1，PLL 工作频率范围参见《Titan2 系列产品 HSSTHP IP用户指南》。PLL0 和 PLL1 都各自对应有一对外部差分参考时钟输入，每个 PLL 还可以选择来自另一个 PLL 的参考时钟或者来自 Fabric 的时钟作为参考时钟输入（Fabric 逻辑时钟做参考时钟，仅用于内部测试）；PLL 输出频率支持动态再分频，以适应 Data Rate 范围。

HSSTHP发送和接收处理流程

首先用户逻辑数据经过 8B/10B 编码后，进入一个发送缓存区（Phase Adjust FIFO），该缓冲区主要是 PMA 子层和 PCS 子层两个时钟域的时钟隔离，解决两者时钟速率匹配和相位差异的问题，最后经过高速 Serdes 进行并串转换(PISO)，有必要的话，可以进行预加重(TX Pre-emphasis)、后加重。值得一提的是，如果在 PCB 设计时不慎将 TXP 和 TXN 差分引脚交叉连接，则可以通过极性控制(Polarity)来弥补这个设计错误。接收端和发送端过程相反，相似点较多，这里就不赘述了，需要注意的是 RX 接收端的弹性缓冲区，其具有时钟纠正和通道绑定功能。这里的每一个功能点都可以写一篇论文甚至是一本书，所以这里只需要知道个概念即可，在具体的项目中回具体用到，还是那句话：对于初次使用或者想快速使用者而言，更多的精力应该关注IP核的调用和使用。

HSSTHP的参考时钟

HSSTHP参考时钟源选择的结构示意图如下：

HSSTHP支持PLL0、PLL1和LANE TX/RX 参考时钟的灵活选择：每个HSSTHP都有两对专用的差分参考时钟输入管脚 P_REFCK0P/P_REFCK0N和P_REFCK1P/P_REFCK1N，PLL 也可以选择来自 Fabric 的时钟P_PLL0_REF_CLK，P_PLL1_REF_CLK(Fabric 逻辑时钟做参考时钟，仅用于内部测试)，仅Titan2器件支持选择来自相邻HSSTHP的参考时钟，通过PMA_PLL_REG_REFCLK_SEL和PMA_PLL_REG_CML_CLK_OUT_EN配置，PG2L 系列 25H、50H、100H 不支持这种用法，LANE TX，RX可以各自独立选择来自PLL0或者PLL1输出的时钟；专用时钟输入管脚P_REFCK0P/P_REFCK0N 和
P_REFCK1P/P_REFCK1N也可以通过端口P_PLL0_REFCK2CORE和P_PLL1_REFCK2CORE 输出到Fabric；

HSSTHP发送接口

紫光同创官方的《Titan2 系列产品 HSSTHP IP用户指南》详细介绍了发送处理流程，其中大部分内容对于用户而言可以不去深究，因为手册讲的基本都是他自己的设计思想，留给用户可操作的接口并不多，基于此思路，我们重点讲讲HSSTHP例化时留给用户的发送部分需要用到的接口；用户只需要关心发送接口的时钟和数据即可，以例化2路HSSTHP为例，经本博主优化，用户只需要关心如下HSSTHP发送接口即可快速使用HSSTHP；

HSSTHP接收接口

紫光同创官方的《Titan2 系列产品 HSSTHP IP用户指南》详细介绍了接收处理流程，其中大部分内容对于用户而言可以不去深究，因为手册讲的基本都是他自己的设计思想，留给用户可操作的接口并不多，基于此思路，我们重点讲讲HSSTHP例化时留给用户的发送部分需要用到的接口；用户只需要关心接收接口的时钟和数据即可，以例化2路HSSTHP为例，经本博主优化，用户只需要关心如下HSSTHP接收接口即可快速使用HSSTHP；

HSSTHP IP核调用和使用

HSSTHP的使用比较特殊，需要先调用配置IP，然后再打开官方生成的Example工程，然后修改Example工程，删除数据生成和数据比对模块，再添加用户需要的信号逻辑，用起来比较麻烦；因为HSSTHP IP配置后并不能直接使用，需要修改其内部代码才能使用，这也是国产FPGA的不成熟之处；HSSTHP IP核配置调用在工程种位置如下：

IP配置好后，打开打开官方生成的Example工程，位置如下：

！！！注意
本设计使用的HSSTHP IP版本为ipm2t_hssthp_v1_4，安装包以放在资料中，请用户自行安装，安装包目录如下：

HSSTHP IP核调用和使用很简单，通过PDS的UI界面即可完成，如下：

这里对上图的标号做解释：
1：线速率，根据自己的项目需求来，HSSTHP线速率最高12.5G，由于我的项目是视频传输，所以在HSSTHP的速率范围内均可，为了通用性，我在工程中配置为3G；
2：参考时钟，这个得根据你的原理图来，可以是80M、125M、148.5M、156.25M等等，我的开发板是125M；
4：HSSTHP通道（Channel）的绑定，这个很重要，他的绑定参考依据有两个，一是你的开发板原理图，二是官方的参考资料《Titan2 系列产品 HSSTHP IP用户指南》；我的板子原理图如下：

数据对齐

由于HSSTHP资源的aurora 8b/10b数据收发天然有着数据错位的情况，所以需要对接受到的解码数据进行数据对齐处理，数据对齐模块代码位置如下：

我定义的 K 码控制字符格式为：XX_XX_XX_BC，所以用一个rx_ctrl 指示数据是否为 K 码 的 COM 符号；
rx_ctrl = 4’b0000 表示 4 字节的数据没有 COM 码；
rx_ctrl = 4’b0001 表示 4 字节的数据中[ 7: 0] 为 COM 码；
rx_ctrl = 4’b0010 表示 4 字节的数据中[15: 8] 为 COM 码；
rx_ctrl = 4’b0100 表示 4 字节的数据中[23:16] 为 COM 码；
rx_ctrl = 4’b1000 表示 4 字节的数据中[31:24] 为 COM 码；
基于此，当接收到有K码时就对数据进行对齐处理，也就是将数据打一拍，和新进来的数据进行错位组合，这是FPGA的基础操作，这里不再赘述；数据对齐模块顶层接口如下：

视频数据解包

数据解包是数据组包的逆过程，代码位置如下：

HSSTHP解包时根据固定的指令恢复视频的场同步信号和视频有效信号；这些信号是作为后面图像缓存的重要信号；由于数据解包是数据组包的逆过程，所以这里不再过多赘述，视频数据解包模块顶层接口如下：

图像缓存架构

此模块为点对点视频接收端工程所独有；图像缓存架构实现的功能是将输入视频缓存到板载DDR4中再读出送后续模块，目的是实现视频同步输出，实现输入视频到输出视频的跨时钟域问题，更好的呈现显示效果；由于调用了紫光官方的HMIC_S IP核作为DDR4控制器，所以图像缓存架构就是实现用户数据到HMIC_S的桥接作用；架构如下：

图像缓存架构由视频缓存帧更新模块+写视频控制逻辑+读视频控制逻辑+AXI4-FULL-Master总线模块组成；AXI4-FULL-Master总线模块实际上就是一个AXI4-FULL总线主设备，与HMIC_S IP核对接，HMIC_S IP核配置为AXI4-FULL接口；写视频控制逻辑、读视频控制逻辑实际上就是一个视频读写状态机，以写视频为例，假设一帧图像的大小为M×N，其中M代表图像宽度，N代表图像高度；写视频控制逻辑每次写入一次突发传输的视频数据，记作Y，即每次向DDR4中写入Y个像素，写M×N÷Y次即可完成1帧图像的缓存，读视频与之一样；同时调用两个FIFO实现输入输出视频的跨时钟域处理，使得用户可以忽略AXI4内部代码，以简单地像使用FIFO那样操作AXI4总线，从而达到读写DDR的目的，进而实现视频缓存；本设计图像缓存方式为4帧缓存；图像缓存模块代码架构如下：

DDR4控制器IP安装包以附带资料包中，如下：

HDMI输出架构

HDMI输出包括Native视频时序和HDMI编码，Native视频时序的作用是产生传统VGA的、RGB的视频流；HDMI编码采用Silicom9134芯片编码方式，FPGA仅需输出RGB视频流即可；HDMI输出代码架构如下：

工程源码架构

以工程2为例，工程源码架构如下：

4、PDS工程源码1详解：OV7725输入版本

开发板FPGA型号：紫光同创–PG2T390H-6FFBG900；
开发环境：Pango Design Suite 2021.1
输入：OV7725摄像头或FPGA内部动态彩条，分辨率640x480@60Hz；
输出：HDMI，Silicom9134芯片编码，1920x1080黑色背景下叠加显示缩放后的图像；
回环光口类型：SFP+光口；
高速接口类型：HSSTHP，线速率3Gbps；
高速接口编解码协议：8b/10b编解码；
图像缩放方案：纯Verilog图像缩放；
图像缩放实例：640x480缩放到1920x1080，其他分辨率缩放可自行修改；
图像缓存方案：纯Verilog图像缓存，4帧缓存；
工程作用：紫光同创FPGA图像视频采集系统；
工程源码架构请参考前面第3章节中的《工程源码架构》小节；
工程作用：此工程目的是让读者掌握紫光同创FPGA实现HSSTHP光口视频传输的设计能力，以便能够移植和设计自己的项目；
工程的资源消耗和功耗如下：

5、PDS工程源码2详解：OV5640输入版本

开发板FPGA型号：紫光同创–PG2T390H-6FFBG900；
开发环境：Pango Design Suite 2021.1
输入：OV5640摄像头或FPGA内部动态彩条，分辨率1280x720@30Hz；
输出：HDMI，Silicom9134芯片编码，1920x1080黑色背景下叠加显示缩放后的图像；
回环光口类型：SFP+光口；
高速接口类型：HSSTHP，线速率3Gbps；
高速接口编解码协议：8b/10b编解码；
图像缩放方案：纯Verilog图像缩放；
图像缩放实例：640x480缩放到1920x1080，其他分辨率缩放可自行修改；
图像缓存方案：纯Verilog图像缓存，4帧缓存；
工程作用：紫光同创FPGA图像视频采集系统；
工程源码架构请参考前面第3章节中的《工程源码架构》小节；
工程作用：此工程目的是让读者掌握紫光同创FPGA实现HSSTHP光口视频传输的设计能力，以便能够移植和设计自己的项目；
工程的资源消耗和功耗如下：

6、PDS工程源码3详解：HDMI输入版本

开发板FPGA型号：紫光同创–PG2T390H-6FFBG900；
开发环境：Pango Design Suite 2021.1
输入：HDMI或者FPGA内部动态彩条，silicom9011芯片解码方案，分辨率1920x1080@60Hz，笔记本电脑模拟输入源；
输出：HDMI，Silicom9134芯片编码，1920x1080黑色背景下叠加显示缩放后的图像；
回环光口类型：SFP+光口；
高速接口类型：HSSTHP，线速率3Gbps；
高速接口编解码协议：8b/10b编解码；
图像缩放方案：纯Verilog图像缩放；
图像缩放实例：1920x1080缩放到1280x720，其他分辨率缩放可自行修改；
图像缓存方案：纯Verilog图像缓存，4帧缓存；
工程作用：紫光同创FPGA图像视频采集系统；
工程源码架构请参考前面第3章节中的《工程源码架构》小节；
工程作用：此工程目的是让读者掌握紫光同创FPGA实现HSSTHP光口视频传输的设计能力，以便能够移植和设计自己的项目；
工程的资源消耗和功耗如下：

7、上板调试验证并演示

准备工作

你需要有以下装备才能移植并测试该工程代码：
1：FPGA开发板；
2：OV7725或OV5640摄像头或笔记本电脑，没有则请使用FPGA内部生成的彩条；
3：HDMI传输线；
4：HDMI显示，要求分辨率支持1920x1080；
SFP光模块和光纤；
我的开发板了连接如下：

HSSTHP光口视频缩放传输效果演示

HSSTHP光口视频缩放传输效果演示如下：

8、福利：工程源码获取

福利：工程代码的获取
代码太大，无法邮箱发送，以某度网盘链接方式发送，
资料获取方式：私，或者文章末尾的V名片。