3. HDMI协议栈
各位工程师朋友，今天我们来聊聊HDMI协议栈的层级结构。说实话，很多刚入行的同事总觉得HDMI就是一根线、一个接口，插上去能亮就行。但真正做兼容性调试时，你会发现——问题往往出在某个层级上。
我个人习惯把HDMI协议栈分成四层来看：物理层（PHY）、数据链路层（TMDS）、传输层（AVI/Audio InfoFrame）、应用层（EDID/SCDC）。每一层都有自己的职责，也都有自己的坑。
3.1 物理层（PHY）——信号的基础
物理层是HDMI通信的基石。说白了，就是电信号怎么在线上跑。这里涉及几个关键参数：
- 差分信号对：HDMI有4对TMDS差分线（3对数据+1对时钟），每对线传输差分信号
- 电压摆幅：标准是400mV~600mV，但实际项目中我见过低到300mV的
- 预加重与去加重：高频信号衰减的补偿手段
物理层还有一个容易被忽略的点——阻抗匹配。TMDS线的特征阻抗是100Ω±15%，如果PCB走线或连接器不达标，信号反射就会导致眼图闭合。
3.2 数据链路层（TMDS）——编码与传输
TMDS（Transition Minimized Differential Signaling）是HDMI的核心编码方式。它的目标很明确：减少信号跳变，降低EMI。
TMDS编码流程是这样的：
- 将8位像素数据编码为10位TMDS字符
- 编码过程中尽量保持DC平衡（直流平衡）
- 每4个TMDS字符后插入一个控制字符（用于同步）
你想想看，为什么是8b/10b编码？因为10位编码可以保证足够的跳变密度，同时又能控制直流分量。我刚开始做HDMI调试时，总觉得这层是芯片自动完成的，不用管。直到有一次遇到一个奇怪的兼容性问题——某台显示器只能识别部分分辨率。
3.3 传输层（AVI/Audio InfoFrame）——数据包的组织
传输层负责把视频和音频数据打包成InfoFrame格式。这里有两个关键的数据结构：
- AVI InfoFrame：携带视频格式信息（分辨率、色彩空间、色深等）
- Audio InfoFrame：携带音频格式信息（采样率、声道数、编码格式等）
InfoFrame的格式是固定的，但内容可以灵活配置。举个例子，AVI InfoFrame中的Y1Y0字段决定了色彩空间：
| Y1Y0值 | 色彩空间 |
|---|---|
| 00 | RGB |
| 01 | YCbCr 4:2:2 |
| 10 | YCbCr 4:4:4 |
| 11 | 保留 |
嗯，这里要注意：很多HDMI兼容性问题，其实是传输层配置错了。比如源端发送的是RGB信号，但AVI InfoFrame里却写成了YCbCr，显示器就会解码错误。
3.4 应用层（EDID/SCDC）——握手与协商
应用层是HDMI协议栈的最上层，负责设备间的握手和协商。两个核心协议：
- EDID（Extended Display Identification Data）：显示器告诉源端“我能支持什么”
- SCDC（Status and Control Data Channel）：HDMI 2.0新增的，用于动态协商链路参数
EDID是一个128字节的数据块，里面包含了显示器的分辨率列表、时序参数、物理尺寸等信息。我建议你每次调试时，先用I2C工具把EDID读出来看看。我曾经遇到一个案例，某台4K显示器死活上不了60Hz，结果发现EDID里写的最大时钟频率只有300MHz——这明显是写错了。
SCDC则是HDMI 2.0的亮点。它允许源端和显示器在运行过程中动态调整TMDS时钟、预加重等参数。说白了，就是让链路层能“自适应”。
3.5 层级关系与数据流
现在我们把四层串起来，看看数据是怎么流动的：
数据流的方向是从上到下：源端先通过EDID读取显示器的能力，然后应用层协商好参数，传输层把视频/音频数据打包成InfoFrame，数据链路层做8b/10b编码，最后物理层把电信号发出去。
反过来，接收端则是从下到上：物理层收到信号，数据链路层解码，传输层解析InfoFrame，应用层根据EDID/SCDC信息做适配。
🔑 核心要点：调试HDMI兼容性问题时，一定要先定位问题出在哪个层级。物理层问题看眼图，链路层问题看时钟抖动，传输层问题看InfoFrame内容，应用层问题读EDID。一层一层排查，效率最高。
好了，这一章的内容就到这里。记住这个四层模型，后面我们讲具体调试案例时，会反复用到。