HDMI点屏很简单？嵌入式老鸟笑而不语

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9 C# }% q, \) S4 v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。
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, S6 L1 N  f: }* W, f5 ]% b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。
/ P* x8 r$ w2 A1 n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。

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3 U. y: V- Q+ t, j7 q- bHDMI基础
1 t* p$ m, ~- Q) k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。
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通过百度百科，可以简单的了解到HDMI接口的定义：
4 v# W/ e4 q* H0 v: B3 k9 @4 F

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图源 | 百度百科
* d6 l- o" q8 ^" m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

支持热拔插功能
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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
9 e: e# I9 r" B6 s) ^: l$ m8 x! T5 C

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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）。
6 C4 N$ @' B& q9 DType C（Mini）：便携设备（如相机、平板）。
Type D（Micro）：超小型设备（部分手机）。
3 F3 O. {8 k% A: ?& c3 b( E  `6 f' {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。
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1 h! p8 ]+ w1 M0 ^; OHDMI接口引脚定义
- B& ]; T" ^1 ^& M, C2 u; q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）。
- ^. \' D/ r+ u: r  H( S" G- M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：

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: q* @( _$ b' K8 S$ O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?：
; T) p9 g8 P% i+ F% A?①数据信号引脚?
: O  J! ~1 U* c+ z. R' s6 W1-9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
+ _. v% q% Y- _
?②时钟信号引脚?
* ~5 r( N* {4 K: d2 v10-12三个引脚用于传输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：
0 S' q7 u/ e! P5 p" |TMDS DATA CLOCK+/TMDS DATA CLOCK-/GND
?③控制信号引脚?
& y# @" A1 E1 f+ Q" F$ h6 I7 x

?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 Q, F3 R' h) x" R' Y) {: u

④电源和接地引脚?[/ol]?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：
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& T0 L/ `4 [3 ]' t' r& o- y0 Q: q, ~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。
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HDMI握手过程
" m3 Q( |5 R0 g  q  F& cHDMI握手是指Source端（信号源）和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：
7 ]( w, j6 x/ x4 f* w3 t9 E①HPD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。

& y4 `9 r% L, o, c, o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。
0 k2 D" Q7 \6 l. q$ l③TMDS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/108164292https://m.elecfans.com/article/1976734.html
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④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。

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& j  C% j7 v$ ~6 O& l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等问题。

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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。
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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！

7 y# |; {" W- x- I0 L如果这篇文章对你有帮助，别忘了点赞、收藏，并分享给更多需要的人！
写在最后都说硬件工程师越老越吃香，这句话也告诉我们硬件也是需要积累的，王工从事硬件多年，也会不定期分享技术好文，感兴趣的同学可以加微信，或后台回复“加群”，管理员拉你加入同行技术交流群。
0 h! A0 c4 F  B* u0 ?, k4 {推荐阅读（点击图片直接进入）
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