如果您在hackaday之类的网站上浏览hdmi项目，您会发现几乎每个项目都涉及一个FPGA。我认为我没有见过任何没有使用FPGA的带有HDMI输出的DIY项目。
但为什么？据我所知，FPGA很昂贵，大约在70美元至100美元之间。相比之下，Raspberry Pi售价35美元，可以完成更复杂的事情，并输出HDMI。为什么不使用ARM？还是更便宜的微控制器？
在旧游戏系统上升级视频的情况下，逻辑应该不便宜的微控制器可以处理的那么复杂，但是我一直认为HDMI是仅由FPGA解决的不可能的障碍。
Answers:
基本上，没有微控制器，甚至是树莓派，都不够快。树莓派具有板载GPU，可生成HDMI输出。除此之外，Raspberry Pi的I / O功能受到了不可思议的限制-除了HDMI之外，最高带宽的接口是USB。许多HDMI转换项目都涉及采用另一种奇怪格式的视频流，并将其重新加工成可以通过HDMI发送到标准HDTV的内容。这需要一些自定义的接口逻辑来读入视频信号，信号处理逻辑将其重新格式化，HDMI TMDS编码逻辑，然后是高速串行器才能实际驱动HDMI端口。
使用流式，未压缩的高清视频需要处理大量数据，这在通用CPU上是不可行的。每秒30帧的1080p视频信号每秒约有6200万像素。树莓派的运行频率为700 MHz，因此，每个像素有11条指令。这是11条指令，可实时读取奇数视频格式，对其进行重新缩放等，等等。这是不可能的。期。
在FPGA上，可以生成一个较长的处理流水线，该流水线可以在每个时钟周期处理一个或多个像素，并以高度确定性的方式进行处理（无中断或任务切换！），以便可以通过HDMI传输像素数据。在正确的时间。如果您已经与运行任何种类操作系统的通用CPU进行了广泛的合作，那么您将知道在毫秒级上获得准确的计时或多或少是可行的，但在微秒级上获得精确计时几乎是不可能的。对于HDMI，您需要纳秒级的精度。在通用CPU上不可用。另外，请查看neo geo的HDMI音频/视频项目。这不仅需要重新缩放视频，还必须重新采样音频并将其插入HDMI视频流。
而且，这仍然没有考虑以任何输入数据格式读取所需的自定义逻辑。您将需要定制硬件来解释这一点。软件速度不够快或确定性不够。您也许可以将其重新格式化为某种基于USB的流，但这仍然需要自定义数字逻辑，因此您也可以直接输出HDMI。
要实现所有这些，数字逻辑实际上是唯一可行的解决方案。而且，如果您要进行数字逻辑处理，则FPGA是唯一可行的解决方案，因为它对于离散7400逻辑而言太快且太复杂，而ASIC的价格要贵几个数量级。
另一个必需的组件是实际的高速串行器和差分驱动器，用于生成并行串行数据流，这些数据流通过电缆发送。不可能从通用CPU每秒以千兆位的顺序对串行数据进行位冲击，这需要专用的硬件。树莓派有一个内置的GPU可以执行此操作，但是在GPU的功能方面有所限制，更不用说记录了什么。大多数FPGA至少包含足以支持低分辨率视频的必要差分驱动器和DDR触发器，并且有许多FPGA还包含必要的串行器（即Xilinx OSERDES块）以生成全高清流。不要忘记串行流不是“基带” 就像普通的串行端口一样，实际数据是逐帧发送的，带有一些成帧信息，但实际上是通过TMDS（最小化转换差分信号）对数据进行编码的，从而使信号具有一定的电气特性。除了实际的高速串行器以外，还需要一点逻辑来实现。所有这些都是在ASIC或FPGA上的纯数字逻辑中完成的（相对而言，编码-串行器可以说是模拟信号，或者至少是混合信号），相对简单。
实际上，这是整个数字/嵌入式系统设计过程中非常重要的一部分，它可以确定系统的哪些部分可以用软件实现，哪些部分需要硬件，可以采用现成的专用芯片，FPGA，定制等形式。 ASIC，硬或软IP（HDL，网表，GDSII）等。在这种情况下，很明显：视频信号生成需要专用硬件，例如GPU与通用CPU配对，集成硬核或FPGA的FPGA。软CPU内核，或与外部CPU配对，或更专业的东西。
编辑：我刚刚意识到fpga4fun网站和neo geo video项目都以640x480而不是全高清运行。但是，这并没有使操作简单得多。最小像素时钟为25 MHz，位时钟为250 MHz。这意味着FPGA实际上不需要串行器来传输HDMI，仅需要DDR触发器即可。但是，这仍然不能缓解读取视频数据的问题。如果要在没有硬件帮助的情况下在树莓派上执行此操作，则必须以25 MHz的频率连续读取GPIO。每175条指令读取一次。进入可能性领域，但您要做的唯一方法是在带有手工编码汇编的裸机（没有Linux）上。