HDMI字符显示实验
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**实验Vivado工程为“hdmi_char”。**

在HDMI输出实验中讲解了HDMI显示原理和显示方式，本实验介绍如何使用FPGA实现字符显示，通过这个实验更加深入的了解HDMI的显示方式。

实验原理
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实验通过字符转换工具将字符转换为16进制coe文件存放到单端口的ROM IP 核中，再从ROM 中把转换后的数据读取出来显示到HDMI上。

程序设计
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字符显示例程是在HDMI显示的基础上增加了一个osd_display的模块，“osd_display”模块是用来读取存储在Rom ip核里转换后的字符信息，并在指定区域显示。程序框图如下图所示：

.. image:: images/18_media/image1.png

1. 在“timing_gen_xy”模块是根据HDMI时序标准定义了“x_cnt”和“y_cnt”两个计数器并由这两个计数器产生了HDMI显示的“x”坐标和“y”坐标。程序中用“vs_edge”和“de_falling”分别表示场同步开始信号和数据有效结束信号。其原理如下图所示：

.. image:: images/18_media/image2.png
            
+--------------------+-------+----------------------------------------+
| 信号名称           | 方向  | 说明                                   |
+====================+=======+========================================+
| rst_n              | in    | 异步复位输入,低复位                    |
+--------------------+-------+----------------------------------------+
| clk                | in    | 外部时钟输入                           |
+--------------------+-------+----------------------------------------+
| i_hs               | in    | 行同步信号                             |
+--------------------+-------+----------------------------------------+
| i_vs               | in    | 场同步信号                             |
+--------------------+-------+----------------------------------------+
| i_de               | in    | 数据有效信号                           |
+--------------------+-------+----------------------------------------+
| i_data             | in    | color_bar数据                          |
+--------------------+-------+----------------------------------------+
| o_hs               | out   | 输出行同步信号                         |
+--------------------+-------+----------------------------------------+
| o_vs               | out   | 输出场同步信号                         |
+--------------------+-------+----------------------------------------+
| o_de               | out   | 输出数据有效信号                       |
+--------------------+-------+----------------------------------------+
| o_data             | out   | 输出数据                               |
+--------------------+-------+----------------------------------------+
| x                  | out   | 生成X坐标                              |
+--------------------+-------+----------------------------------------+
| y                  | out   | 生成Y坐标                              |
+--------------------+-------+----------------------------------------+

timing_gen_xy模块端口

1. 下面介绍如何存储文字信息的ROM IP，首先需要生成能够被XILINX FPGA识别的.coe文件。

首先在工程文件夹下找到“FPGA字模提取”工具。

.. image:: images/18_media/image3.png
      
双击.exe文件打开工具

.. image:: images/18_media/image4.png
            
在提取工具的“字符输入”框中输入需要显示的字符，字体和字符高度可以自定义选择。设置完成后点击“转换”按钮，在界面左下角可以看到转换后的字符点阵大小，点阵的宽和高在程序中是需要用到的

.. image:: images/18_media/image5.png
            
点阵的宽和高这里位144x32,需要跟osd_display程序中定义的一致：

.. image:: images/18_media/image6.png
            
点击“保存”按钮，将文件保存到本例程源文件目录下，需要注意的是在保存类型下应该选择Xilinx（\*.coe）,点击“保存”按钮。

.. image:: images/18_media/image7.png
      
回到字符提取工具界面出现如下对话框表示保存完成，点击确定，退出即可

.. image:: images/18_media/image8.png
            
找到生成的.coe文件打开后可以看到如下：

.. image:: images/18_media/image9.png
      
调用单端口Rom IP核的过程在前面ROM的使用中已经介绍过，设置为Single Port ROM

.. image:: images/18_media/image10.png
      
在PortA Options栏中设置如下：

.. image:: images/18_media/image11.png
      
按如下图添加osd.coe文件（找到前面生成的coe文件），完成后点击“OK”按钮：

.. image:: images/18_media/image12.png
      
4. osd_display模块包含timing_gen_xy模块和osd_rom模块。osd_rom里存储的字符数据，如果数据为1，OSD的区域显示ROM中的前景红色（显示ALINX芯驿），如果数据是0，OSD的区域显示数据为背景色（彩条）。

.. image:: images/18_media/image13.png
      
设置区域有效信号，也就是字符显示在此区域中，起始坐标设置成（9，9），区域大小可以根据字符生成工具设置的区域设置。

.. image:: images/18_media/image14.png
      
在ROM的读地址部分可能很多人不理解，为什么是[15:3]，也就是八个时钟周期才读出一个数据，这是因为字符的一个点只表示1bit，而ROM的存储数据宽度是8位，因此需要八个周期取出一个数据，并比较每个bit位的值，将字符一个点转换成图像上的一个像素。

.. image:: images/18_media/image15.png
      
+--------------------+-------+----------------------------------------+
| 信号名称           | 方向  | 说明                                   |
+====================+=======+========================================+
| rst_n              | in    | 异步复位输入,低复位                    |
+--------------------+-------+----------------------------------------+
| pclk               | in    | 外部时钟输入                           |
+--------------------+-------+----------------------------------------+
| i_hs               | in    | 行同步信号                             |
+--------------------+-------+----------------------------------------+
| i_vs               | in    | 场同步信号                             |
+--------------------+-------+----------------------------------------+
| i_de               | in    | 数据有效信号                           |
+--------------------+-------+----------------------------------------+
| i_data             | in    | color_bar数据                          |
+--------------------+-------+----------------------------------------+
| o_hs               | out   | 输出行同步信号                         |
+--------------------+-------+----------------------------------------+
| o_vs               | out   | 输出场同步信号                         |
+--------------------+-------+----------------------------------------+
| o_de               | out   | 输出数据有效信号                       |
+--------------------+-------+----------------------------------------+
| o_data             | out   | 输出数据                               |
+--------------------+-------+----------------------------------------+

osd_display模块端口

实验现象
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连接好开发板和显示器，连接方式参考《HDMI输出实验》教程，需要注意，开发板的各个连接器不要带电热插拔，下载好实验程序，可以看到显示器显示以彩条为背景的字符。开发板作为HDMI输出设备，只能通过HDMI显示设备来显示，不要试图通过笔记本电脑的HDMI接口来显示，因为笔记本也是输出设备。

.. image:: images/18_media/image16.png
      
AX7020/AX7010硬件连接图

.. image:: images/18_media/image17.png
      
默认字符显示的位置在坐标为（9，9），另外用户可以修改下面的pos_y和pos_x的判断条件将字符显示在显示屏的任意位置：

.. image:: images/18_media/image18.png