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。
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$ a, _. m& h  P. Z9 U图源 | 时光之光
1 S3 l' E3 G8 z/ b! G1 Y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。
' d7 [6 e; P3 R' ?- q# W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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# h- M4 O( G% C4 n; ~8 m! s% W' [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：
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7 Z. j  o. o6 _& I4 F9 J4 ~( v图源 | 百度百科
+ Z. ~0 X/ H6 j7 q通过这个定义，我们只需要记住以下几个特点：
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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

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。

* O/ I  p. h6 B2 i1 GHDMI的接口类型包括
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7 E7 d0 h2 _; I' ~7 v: t7 F' b1 E2 j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）。
+ ?2 I7 d1 \6 p) h' b  B" E' c. ZType D（Micro）：超小型设备（部分手机）。
2 ?  }: T3 O: U; c; \4 @( sType 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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HDMI接口引脚定义
6 A" o, o1 _7 o9 _  B# A5 m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：
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5 z9 E. }7 H) G& v/ i+ P0 a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?：
7 M; {* W3 x+ }: p$ v: Q?①数据信号引脚?
: R! Q; a  W2 U+ j7 l  U1-9引脚用于数据传输，分为0、1、2三组，负责传输视频信号?。
& g2 l3 {! ?! {) R+ ]/ U每一组包含一对正、负差分信号和地，如：
TMDS DATA0+/TMDS DATA0-/GND
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8 ?6 \/ P; A+ v?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：
! B5 n- \) O' e8 a& n3 A. J! E; ?& VTMDS 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?。

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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?。
6 p/ x/ @- a5 Y1 Z3 J3 A0 U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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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
, ~( i) E4 v; d6 a- XHDMI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：
- Y- Q# ]2 R( |# R①HPD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。

6 L& _6 {) O, c2 \3 U+ L②EDID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。
* s* ~# V; @$ {, K③TMDS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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0 n0 l0 V' w& q8 u, n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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5 p3 [6 `3 S. l* p, _: U# k# [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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% ~1 h' X9 S& a. [& T: g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。
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