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Xilinx系列FPGA纯逻辑实现HDMI2.0视频收发，基于GTY高速接口，支持4K@60Hz分辨率，提供7套工程源码和技术支持
1、前言
Xilinx系列FPGA实现4K视频收发现状：
目前Xilinx系列FPGA实现提供了多种4K视频收发方案；对于纯FPGA而言，需要用到GT高速接口资源实现编解码，但要求K7及其以上系列FPGA，以HDMI2.0为例，Xilinx官方提供了基于Video PHY Controller为核心的一整套HDMI2.0收发方案，此外，还可以直接使用GT高速接口IP核配置为GT-HDMI编解码模式，或者配置为DP编解码模式；对于Zynq系列FPGA而言，既可以使用PL端的GT高速接资源做4K视频收发，也可以使用PS端的DP外设做4K视频收发，这种方案功能完善，包含了HDMI2.0接收和发送的完整开发案例，但设计难度较大，需要软件区配置一大堆IP，且官方给的DEMO流程及其繁琐，移植修改难度都不小；第二种方案是直接使用GTY之类的高速接口走HDMI协议，这种方案功能不太完善，目前只有HDMI发送有成熟案例，但有点是并不需要软件配置，只需要用户逻辑即可完成后设计，多余不擅长软件和异构FPGA的开发者来说较为友好；本博主擅长Xilinx系列FPGA实现HDMI2.0视频收发方案设计，本设计采用基于GTY高速接口方案，最高支持3840x2160@60Hz；
工程概述
本设计基于Xilinx系列FPGA的GTY高速接口实现HDMI2.0工程解决方案，最高支持4K@60Hz分辨率；视频输入源为纯verilog代码实现的彩条视频，该彩条视频支持1920x1080、2560x1440、3840x2160三种分辨率，可分别做1080P、2K、4K的HDMI2.0测试，通过顶层的parameter参数配置选择；彩条视频经过通道分配、加扰等处理后送入Xilinx官方提供的GTY高速接口IP核，GTY配置为HDMI协议，4K分辨率时线速率配置为5.94Gb/s，GTY自动完成HDMI2.0的协议层和物理层封装，以高速差分信号输出；然后HDMI2.0差分信号进去NB7NQ621M驱动芯片实现均衡处理和驱动增强；然后HDMI2.0差分信号直连HDMI2.0座子，或者通过板子的QSFP转HDMIHDMI2.0转换器输出；最后连上支持HDMI2.0的显示器显示即可；针对目前市面上主流的项目需求，本博客共设计了8套工程源码，详情如下：
现对上述7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Xilinx–>Kintex7–UltraScale±xcku5p-ffvb676-2-i；视频输入源为纯verilog代码实现的彩条视频，该彩条视频支持1920x1080、2560x1440、3840x2160三种分辨率，可分别做1080P、2K、4K的HDMI2.0测试，通过顶层的parameter参数配置选择，默认选择3840x2160@60Hz的分辨率；彩条视频经过通道分配、加扰等处理后送入Xilinx官方提供的GTY高速接口IP核，GTY配置为HDMI协议，4K分辨率时线速率配置为5.94Gb/s，GTY自动完成HDMI2.0的协议层和物理层封装，以高速差分信号输出；然后HDMI2.0差分信号进去NB7NQ621M驱动芯片实现均衡处理和驱动增强；NB7NQ621M输出差分信号与板载的QSFP接口相连，所以板子无需HDMI2.0接口；然后使用本博主特有的QSFP转HDMIHDMI2.0转换器输出，输出分辨率默认为3840x2160@60Hz；最后连上支持HDMI2.0的显示器显示即可；本设计共使用1个QSFP光口，也就是只设计了1个HDMI2.0出书接口；当然，你也可以在板子上直接把NB7NQ621M芯片与HDMI2.0座子连接，这样就不需要QSFP光口转接了；本设计使用GTY高速接口，适用于Xilinx-UltraScale+系列FPGA实现HDMI2.0视频发送应用；
工程源码2
开发板FPGA型号为Xilinx–>Virtex-UltraScale±xcvu13p-fhgb2104-2L-e；视频输入源为纯verilog代码实现的彩条视频，该彩条视频支持1920x1080、2560x1440、3840x2160三种分辨率，可分别做1080P、2K、4K的HDMI2.0测试，通过顶层的parameter参数配置选择，默认选择3840x2160@60Hz的分辨率；彩条视频经过通道分配、加扰等处理后送入Xilinx官方提供的GTY高速接口IP核，GTY配置为HDMI协议，4K分辨率时线速率配置为5.94Gb/s，GTY自动完成HDMI2.0的协议层和物理层封装，以高速差分信号输出；然后HDMI2.0差分信号进去NB7NQ621M驱动芯片实现均衡处理和驱动增强；NB7NQ621M输出差分信号与板载的QSFP接口相连，所以板子无需HDMI2.0接口；然后使用本博主特有的QSFP转HDMIHDMI2.0转换器输出，输出分辨率默认为3840x2160@60Hz；最后连上支持HDMI2.0的显示器显示即可；本设计共使用1个QSFP光口，也就是只设计了1个HDMI2.0出书接口；当然，你也可以在板子上直接把NB7NQ621M芯片与HDMI2.0座子连接，这样就不需要QSFP光口转接了；本设计使用GTY高速接口，适用于Xilinx-UltraScale+系列FPGA实现HDMI2.0视频发送应用；
工程源码3
开发板FPGA型号为Xilinx–>Virtex-UltraScale±xcvu13p-fhgb2104-2L-e；视频输入源为纯verilog代码实现的彩条视频，该彩条视频支持1920x1080、2560x1440、3840x2160三种分辨率，可分别做1080P、2K、4K的HDMI2.0测试，通过顶层的parameter参数配置选择，默认选择3840x2160@60Hz的分辨率；彩条视频经过通道分配、加扰等处理后送入Xilinx官方提供的GTY高速接口IP核，GTY配置为HDMI协议，4K分辨率时线速率配置为5.94Gb/s，GTY自动完成HDMI2.0的协议层和物理层封装，以高速差分信号输出；然后HDMI2.0差分信号进去NB7NQ621M驱动芯片实现均衡处理和驱动增强；NB7NQ621M输出差分信号与板载的QSFP接口相连，所以板子无需HDMI2.0接口；然后使用本博主特有的QSFP转HDMIHDMI2.0转换器输出，输出分辨率默认为3840x2160@60Hz；最后连上支持HDMI2.0的显示器显示即可；本设计共使用2个QSFP光口，也就是只设计了2个HDMI2.0出书接口；当然，你也可以在板子上直接把NB7NQ621M芯片与HDMI2.0座子连接，这样就不需要QSFP光口转接了；本设计使用GTY高速接口，适用于Xilinx-UltraScale+系列FPGA实现HDMI2.0视频发送应用；
工程源码4
开发板FPGA型号为Xilinx–>Virtex-UltraScale±xcvu37p-fsvh2892-2-e；视频输入源为纯verilog代码实现的彩条视频，该彩条视频支持1920x1080、2560x1440、3840x2160三种分辨率，可分别做1080P、2K、4K的HDMI2.0测试，通过顶层的parameter参数配置选择，默认选择3840x2160@60Hz的分辨率；彩条视频经过通道分配、加扰等处理后送入Xilinx官方提供的GTY高速接口IP核，GTY配置为HDMI协议，4K分辨率时线速率配置为5.94Gb/s，GTY自动完成HDMI2.0的协议层和物理层封装，以高速差分信号输出；然后HDMI2.0差分信号进去NB7NQ621M驱动芯片实现均衡处理和驱动增强；NB7NQ621M输出差分信号与板载的QSFP接口相连，所以板子无需HDMI2.0接口；然后使用本博主特有的QSFP转HDMIHDMI2.0转换器输出，输出分辨率默认为3840x2160@60Hz；最后连上支持HDMI2.0的显示器显示即可；本设计共使用1个QSFP光口，也就是只设计了1个HDMI2.0出书接口；当然，你也可以在板子上直接把NB7NQ621M芯片与HDMI2.0座子连接，这样就不需要QSFP光口转接了；本设计使用GTY高速接口，适用于Xilinx-UltraScale+系列FPGA实现HDMI2.0视频发送应用；
工程源码5
开发板FPGA型号为Xilinx–>Virtex-UltraScale±xcvu37p-fsvh2892-2-e；视频输入源为纯verilog代码实现的彩条视频，该彩条视频支持1920x1080、2560x1440、3840x2160三种分辨率，可分别做1080P、2K、4K的HDMI2.0测试，通过顶层的parameter参数配置选择，默认选择3840x2160@60Hz的分辨率；彩条视频经过通道分配、加扰等处理后送入Xilinx官方提供的GTY高速接口IP核，GTY配置为HDMI协议，4K分辨率时线速率配置为5.94Gb/s，GTY自动完成HDMI2.0的协议层和物理层封装，以高速差分信号输出；然后HDMI2.0差分信号进去NB7NQ621M驱动芯片实现均衡处理和驱动增强；NB7NQ621M输出差分信号与板载的QSFP接口相连，所以板子无需HDMI2.0接口；然后使用本博主特有的QSFP转HDMIHDMI2.0转换器输出，输出分辨率默认为3840x2160@60Hz；最后连上支持HDMI2.0的显示器显示即可；本设计共使用2个QSFP光口，也就是只设计了2个HDMI2.0出书接口；当然，你也可以在板子上直接把NB7NQ621M芯片与HDMI2.0座子连接，这样就不需要QSFP光口转接了；本设计使用GTY高速接口，适用于Xilinx-UltraScale+系列FPGA实现HDMI2.0视频发送应用；
工程源码6
开发板FPGA型号为Xilinx–>Virtex-UltraScale±xcvu37p-fsvh2892-2-e；视频输入源为纯verilog代码实现的彩条视频，该彩条视频支持1920x1080、2560x1440、3840x2160三种分辨率，可分别做1080P、2K、4K的HDMI2.0测试，通过顶层的parameter参数配置选择，默认选择3840x2160@60Hz的分辨率；彩条视频经过通道分配、加扰等处理后送入Xilinx官方提供的GTY高速接口IP核，GTY配置为HDMI协议，4K分辨率时线速率配置为5.94Gb/s，GTY自动完成HDMI2.0的协议层和物理层封装，以高速差分信号输出；然后HDMI2.0差分信号进去NB7NQ621M驱动芯片实现均衡处理和驱动增强；NB7NQ621M输出差分信号与板载的QSFP接口相连，所以板子无需HDMI2.0接口；然后使用本博主特有的QSFP转HDMIHDMI2.0转换器输出，输出分辨率默认为3840x2160@60Hz；最后连上支持HDMI2.0的显示器显示即可；本设计共使用3个QSFP光口，也就是只设计了3个HDMI2.0出书接口；当然，你也可以在板子上直接把NB7NQ621M芯片与HDMI2.0座子连接，这样就不需要QSFP光口转接了；本设计使用GTY高速接口，适用于Xilinx-UltraScale+系列FPGA实现HDMI2.0视频发送应用；
工程源码7
开发板FPGA型号为Xilinx–>Virtex-UltraScale±xcvu37p-fsvh2892-2-e；视频输入源为纯verilog代码实现的彩条视频，该彩条视频支持1920x1080、2560x1440、3840x2160三种分辨率，可分别做1080P、2K、4K的HDMI2.0测试，通过顶层的parameter参数配置选择，默认选择3840x2160@60Hz的分辨率；彩条视频经过通道分配、加扰等处理后送入Xilinx官方提供的GTY高速接口IP核，GTY配置为HDMI协议，4K分辨率时线速率配置为5.94Gb/s，GTY自动完成HDMI2.0的协议层和物理层封装，以高速差分信号输出；然后HDMI2.0差分信号进去NB7NQ621M驱动芯片实现均衡处理和驱动增强；NB7NQ621M输出差分信号与板载的QSFP接口相连，所以板子无需HDMI2.0接口；然后使用本博主特有的QSFP转HDMIHDMI2.0转换器输出，输出分辨率默认为3840x2160@60Hz；最后连上支持HDMI2.0的显示器显示即可；本设计共使用4个QSFP光口，也就是只设计了4个HDMI2.0出书接口；当然，你也可以在板子上直接把NB7NQ621M芯片与HDMI2.0座子连接，这样就不需要QSFP光口转接了；本设计使用GTY高速接口，适用于Xilinx-UltraScale+系列FPGA实现HDMI2.0视频发送应用；
本博客详细描述了Xilinx系列FPGA纯逻辑实现HDMI2.0视频收发的设计方案，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官网以及其他开源免费获取渠道等等)，若大佬们觉得有所冒犯，请私信批评教育；部分模块源码转载自上述网络，版权归原作者所有，如有侵权请联系我们删除；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
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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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3、详细设计方案
设计框图
本设计使用的是Xilinx官方推荐的方案，该方案大致如下：
FPGA内部彩条
视频输入源为纯verilog代码实现的彩条视频，该彩条视频支持1920x1080、2560x1440、3840x2160三种分辨率，可分别做1080P、2K、4K的HDMI2.0测试，通过顶层的parameter参数配置选择，默认选择3840x2160@60Hz的分辨率；FPGA内部彩条顶层接口如下：
FPGA内部彩条代码架构如下：
GTY高速接口HDMI协议层
彩条视频经过通道分配、加扰等处理后送入Xilinx官方提供的GTY高速接口IP核，GTY配置为HDMI协议，4K分辨率时线速率配置为5.94Gb/s，GTY自动完成HDMI2.0的协议层和物理层封装，以高速差分信号输出；GTY配置如下：
使用GTY高速接口的HDMI协议，所以GTY不需要软件配置，使用及其方便，GTY高速接口代码架构如下：
NB7NQ621M驱动器
然后HDMI2.0差分信号进去NB7NQ621M驱动芯片实现均衡处理和驱动增强；当然，硬件设计师也可以选择其他型号的驱动器；NB7NQ621M驱动器原理图如下：
NB7NQ621M驱动器需要配置才能使用，工程里用纯verilog代码实现的i2c模块实现配置，配置代码如下：
HDMI2.0输出
NB7NQ621M驱动后的HDMI2.0差分信号直连HDMI2.0座子，或者通过板子的QSFP转HDMIHDMI2.0转换器输出；最后连上支持HDMI2.0的显示器显示即可；也就是说，本设计有两种HDMI2.0输出方式，如果你的FPGA开发板没有HDMI2.0输出接口，则可以将GTY的差分数据对约束到板载的QSFP引脚，然后使用本博主提供的QSFP转HDMI2.0硬件模块实现HDMI2.0输出；如果你准备在你的FPGA开发板上设计HDMI2.0座子，则需要根据NB7NQ621M原理图，将NB7NQ621M输出端连接到HDMI2.0座子；
工程源码架构
以工程源码1为例，该工程只有1路HDMI2.0输出，工程源码架构如下：
以工程源码3为例，该工程只有2路HDMI2.0输出，工程源码架构如下：
本博主发布的工程均已编译完成，且时序收敛，无时序违约，如下：
4、工程源码1详解–>KU5P，单路HDMI2.0输出版本
开发板FPGA型号：Xilinx–>KU5P-xcku5p-ffvb676-2-i；
FPGA开发环境：Vivado2019.1；
输入：FPGA内部彩条视频，分辨率3840x2160@60Hz；
输出：HDMI2.0，分辨率3840x2160@60Hz；
HDMI2.0逻辑协议方案：Xilinx系列FPGA GTY高速接口方案；
HDMI2.0输出驱动方案：NB7NQ621M驱动器；
HDMI2.0输出路数：设计1路HDMI2.0输出；
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Xilinx系列FPGA纯逻辑实现HDMI2.0视频收发的设计能力，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、工程源码2详解–>VU13P，单路HDMI2.0输出版本
开发板FPGA型号：Xilinx–>VU13P-xcvu13p-fhgb2104-2L-e；
FPGA开发环境：Vivado2019.1；
输入：FPGA内部彩条视频，分辨率3840x2160@60Hz；
输出：HDMI2.0，分辨率3840x2160@60Hz；
HDMI2.0逻辑协议方案：Xilinx系列FPGA GTY高速接口方案；
HDMI2.0输出驱动方案：NB7NQ621M驱动器；
HDMI2.0输出路数：设计1路HDMI2.0输出；
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Xilinx系列FPGA纯逻辑实现HDMI2.0视频收发的设计能力，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、工程源码3详解–>VU13P，双路HDMI2.0输出版本
开发板FPGA型号：Xilinx–>VU13P-xcvu13p-fhgb2104-2L-e；
FPGA开发环境：Vivado2019.1；
输入：FPGA内部彩条视频，分辨率3840x2160@60Hz；
输出：HDMI2.0，分辨率3840x2160@60Hz；
HDMI2.0逻辑协议方案：Xilinx系列FPGA GTY高速接口方案；
HDMI2.0输出驱动方案：NB7NQ621M驱动器；
HDMI2.0输出路数：设计2路HDMI2.0输出；
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Xilinx系列FPGA纯逻辑实现HDMI2.0视频收发的设计能力，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、工程源码4详解–>VU37P，单路HDMI2.0输出版本
开发板FPGA型号：Xilinx–>VU37P-xcvu37p-fsvh2892-2-e；
FPGA开发环境：Vivado2019.1；
输入：FPGA内部彩条视频，分辨率3840x2160@60Hz；
输出：HDMI2.0，分辨率3840x2160@60Hz；
HDMI2.0逻辑协议方案：Xilinx系列FPGA GTY高速接口方案；
HDMI2.0输出驱动方案：NB7NQ621M驱动器；
HDMI2.0输出路数：设计1路HDMI2.0输出；
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Xilinx系列FPGA纯逻辑实现HDMI2.0视频收发的设计能力，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：
8、工程源码5详解–>VU37P，双路HDMI2.0输出版本
开发板FPGA型号：Xilinx–>VU37P-xcvu37p-fsvh2892-2-e；
FPGA开发环境：Vivado2019.1；
输入：FPGA内部彩条视频，分辨率3840x2160@60Hz；
输出：HDMI2.0，分辨率3840x2160@60Hz；
HDMI2.0逻辑协议方案：Xilinx系列FPGA GTY高速接口方案；
HDMI2.0输出驱动方案：NB7NQ621M驱动器；
HDMI2.0输出路数：设计2路HDMI2.0输出；
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Xilinx系列FPGA纯逻辑实现HDMI2.0视频收发的设计能力，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：
9、工程源码6详解–>VU37P，三路HDMI2.0输出版本
开发板FPGA型号：Xilinx–>VU37P-xcvu37p-fsvh2892-2-e；
FPGA开发环境：Vivado2019.1；
输入：FPGA内部彩条视频，分辨率3840x2160@60Hz；
输出：HDMI2.0，分辨率3840x2160@60Hz；
HDMI2.0逻辑协议方案：Xilinx系列FPGA GTY高速接口方案；
HDMI2.0输出驱动方案：NB7NQ621M驱动器；
HDMI2.0输出路数：设计3路HDMI2.0输出；
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Xilinx系列FPGA纯逻辑实现HDMI2.0视频收发的设计能力，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：
10、工程源码7详解–>VU37P，四路HDMI2.0输出版本
开发板FPGA型号：Xilinx–>VU37P-xcvu37p-fsvh2892-2-e；
FPGA开发环境：Vivado2019.1；
输入：FPGA内部彩条视频，分辨率3840x2160@60Hz；
输出：HDMI2.0，分辨率3840x2160@60Hz；
HDMI2.0逻辑协议方案：Xilinx系列FPGA GTY高速接口方案；
HDMI2.0输出驱动方案：NB7NQ621M驱动器；
HDMI2.0输出路数：设计4路HDMI2.0输出；
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Xilinx系列FPGA纯逻辑实现HDMI2.0视频收发的设计能力，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：
11、工程移植说明
vivado版本不一致处理
1：如果你的vivado版本与本工程vivado版本一致，则直接打开工程；
2：如果你的vivado版本低于本工程vivado版本，则需要打开工程后，点击文件–>另存为；但此方法并不保险，最保险的方法是将你的vivado版本升级到本工程vivado的版本或者更高版本；
3：如果你的vivado版本高于本工程vivado版本，解决如下：
打开工程后会发现IP都被锁住了，如下：
此时需要升级IP，操作如下：
FPGA型号不一致处理
如果你的FPGA型号与我的不一致，则需要更改FPGA型号，操作如下：
更改FPGA型号后还需要升级IP，升级IP的方法前面已经讲述了；
其他注意事项
1：由于每个板子的DDR不一定完全一样，所以MIG IP需要根据你自己的原理图进行配置，甚至可以直接删掉我这里原工程的MIG并重新添加IP，重新配置；
2：根据你自己的原理图修改引脚约束，在xdc文件中修改即可；
3：纯FPGA移植到Zynq需要在工程中添加zynq软核；
12、上板调试验证并演示
准备工作
FPGA开发板，推荐使用本博的开发板；
QSFP转HDMI2.0模块；
4K HDMI显示器或者电视；
HDMI线；
以工程源码8为例，开发板连接如下：
HDMI2.0视频发送演示
HDMI2.0视频发送演示如下：
QSFP-HDMI2.0
13、工程源码获取
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。
网盘资料如下：
此外，有很多朋友给本博主提了很多意见和建议，希望能丰富服务内容和选项，因为不同朋友的需求不一样，所以本博主还提供以下服务：
