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HDMI ——CEC 协议详解以及待机唤醒 实现_hdmi cec

作者：weixin_40725706 | 2024-07-03 17:10:05

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hdmi cec

本文讲解的是基于HDMI CEC的待机唤醒方案的设计。

目录

cec基本介绍

CEC协议时序：

CEC数据帧

cec待机唤醒介绍

待机唤醒的处理流程和实现

cec基本介绍

如今常见的高清视频接口有HDMI,VGA,DP和DVI。HDMI（High-Definition Multimedia Interface）为当今主流的多媒体高速数字接口，下图为最常见的线缆引脚分布图。其中，CEC（Consumer Electronics Control）信号通过13引脚传输，作为HDMI接口的一部分。CEC总线作为控制信号被分离出来，使得在不增加数据占用宽带的情况下完成高速复杂的通信要求。

CEC 是一套完整的单总线协议，电子设备可以借助CEC信号让使用可控制HDMI接口上所连接的装置，比如单独播放，系统待机，可以实现由单一遥控器控制所有HDMI连接的装置。最多15个设备，允许HDMI设备在没有用户干扰情况下互相命令控制。

CEC 是与其他HDMI信号分开的电信号。这允许设备在睡眠模式下禁止其高速电路，但是可以被CEC唤醒。他是一个单独的共享总线，直接连接在设备上的所有HDMI端口间，可以流过所有完全断电的设备。

总线是开路集电极线，有点像IIC，被动上拉至3.3V，设备拉低进行数据传输。

与IIC相似之处：低速串行总线；采用无源上拉的集电极开路；速度受分布电容影响；接收器可以将发送的1位转换为0：发送1比特并观察是否转换为0以查看是否丢失；面向字节都附加一个应答位；特殊的启动信息

与IIC不同之处：单线并不是两根线；以固定时序发送比特；低速串行总线（417bit/s）；四个地址位；定义了动态地址分配协议；标头包括发起者和收件人地址；没有特殊停止信号，每个字节附加一个消息结束标志；没有读操作，通过获取请求获取响应帧，所有数据均从数据发送；每个设备都必须能够作为主设备传输数据；地址后字节数据有详细规定说明。

CEC协议时序：

bit Timing

每个位从线拉低（下降沿）开始，保持时间表示位值，之后拉高，直至后续位开始

正常数据位长为2.40.35ms。保持低电平0.6±0.2ms为逻辑1；保持低电平1.5±0.2ms表示逻辑0。接收器在下降沿后1.05±0.2ms对线路进行采样，然后在下降沿1.9±0.15ms开始观察下一位。

接收者可以将传输的传输的1bt转换为0通过在下降沿后0.35s拉低总线并保持直到表示逻辑0的电平时间。这个通常用于确认传输。

每个帧都有起始位，通过拉低总线3.7±0.2ms,然后允许上升，总持续时间为4.5±0.2ms。在观察总线空闲之后，任何设备都可以发送起始位。（通常5位时间，但成功后立即传输7位时间，以促进总线的公平共享，以及传输失败和重传之间的3位时间。)

对于单接收消息，应答位类似于C:以1位发送，接收器将其下拉至0以确认该位字节。（根据下面给出的波形可以看出，ack位的波形为逻辑1，但是为什么逻辑分析仪解析的值为0呢？是因为接收器将其下拉至0 以确认该位字节）

对于广播消息，应答位被反转：仍然作为1位发送，但被拒绝该字节的任何接收器下拉到0位。每个CEC帧的第一个字节包含4位源和目标地址头。如果寻址目标存在，则它确认该字节。由除标题之外的任何内容组成的帧是pig,它只检查另个设备的存在。

地址15（1111B)用于广播地址（作为目的地）和未注册的设备（作为源），它们尚未选择不同的地址。一些设备不需要接收非广播的消息，因此可以永久使用地址15。需要接收寻址消息的设备需要自己的地址。设备通过pig它获取地址，如果ping未被确认，则设备声明它。如果确认ping,则设备尝试另个地址。

第二个字节是操作码，它指定要执行的操作，以及后续数据字节的数量及含义。

CEC数据帧

cec帧结构 = 起始位+引导块+数据块

Start（bit）+ Header Block + Data Block 1(opcode block) + Data Block 2 (operand blocks)

注：

Block定义：Data(8 bit) + EOM(1 bit) + ACK(1 bit)

Header Block定义：Initiator(4 bit) + Destination(4 bit) + EOM(1 bit) + ACK(1 bit)

所有的引导块和数据块都是10bit。

块结构：

帧结构：

逻辑分析仪采集解析的一条完整的cec消息：

cec待机唤醒介绍

当一个CEC设备连接到CEC网络中时，其会通过ping的方式获取到自身的逻辑地址。各个设备类型的逻辑地址如下所示，其中总共有16个逻辑地址，而有些设备具有多个逻辑地址，如录音设备就有1、2、9三个不同的逻辑地址。

待机唤醒的场景如下：

其中，playback device 可以是碟机等设备，当TV处于待机状态时，用户可以使用碟机的遥控器或者开机键唤醒碟机后，碟机会发送或消息来唤醒TV，当source需要将输出显示在TV上时，source必须同时发送和消息。其中，消息的操作码为0x04，,的操作码为0x82。

待机唤醒的处理流程和实现

这里只配置接收端，在接收到cec开机信号后唤醒即可，所以下面对接受流程进行说明：

cec初始化配置：

本次基于极海APM32F107RC 芯片，接收CEC信号的GPIO口为：PB0

使用外部中断 和 定时器（TMR4）外设计数的方法 实现CEC信号的接收采集

所以初始化配置需要使能GPIO口，配置定时器和外部中断

  1. void apm_eint0_rising_config(void) //配置外部中断为上升沿触发
  2. {
  3.     
  4.     EINT_Config_T EINT_InitStructure2; //上升沿触发结构体
  5.     EINT_InitStructure2.line = EINT_LINE_0;
  6.     EINT_InitStructure2.mode = EINT_MODE_INTERRUPT;
  7.     EINT_InitStructure2.trigger = EINT_TRIGGER_RISING;
  8.     EINT_InitStructure2.lineCmd = ENABLE;
  9.     EINT_Config(&EINT_InitStructure2);
  10. }
  11. void apm_eint0_falling_config(void)//配置外部中断为下降沿触发
  12. {
  13.     EINT_Config_T EINT_InitStructure1; //下降沿触发结构体
  14.     EINT_InitStructure1.line = EINT_LINE_0;
  15.     EINT_InitStructure1.mode = EINT_MODE_INTERRUPT;
  16.     EINT_InitStructure1.trigger = EINT_TRIGGER_FALLING;
  17.     EINT_InitStructure1.lineCmd = ENABLE;
  18.     EINT_Config(&EINT_InitStructure1);
  19. }
  20. //cec 初始化
  21. void apm_cec_init(void)
  22. {
  23.     GPIO_Config_T gpioConfig;
  24.  
  25.     TMR_BaseConfig_T baseConfig;
  26.     
  27.     //使能时钟
  28.     RCM_EnableAPB1PeriphClock(RCM_APB1_PERIPH_TMR4);
  29.     RCM_EnableAPB2PeriphClock(RCM_APB2_PERIPH_GPIOB);
  30.     
  31.     
  32.     //初始化GPIO_PB0,浮空输入
  33.     gpioConfig.pin = GPIO_PIN_0;
  34.     gpioConfig.mode = GPIO_MODE_IN_FLOATING;
  35.     gpioConfig.speed = GPIO_SPEED_50MHz;
  36.     GPIO_Config(GPIOB, &gpioConfig);
  37.     
  38.     GPIO_ConfigEINTLine(GPIO_PORT_SOURCE_B,GPIO_PIN_SOURCE_0);//设置IO口与中断的映射关系
  39.     
  40.     EINT_ClearStatusFlag(EINT_LINE_0);
  41.     
  42.     apm_eint0_falling_config();//外部中断初始为下降沿触发
  43.     
  44.     NVIC_EnableIRQRequest(EINT0_IRQn, 2, 1);
  45.     
  46.     //初始化定时器
  47.     baseConfig.period        = 65000;//设定计数器自动重装值,65ms更新
  48.     baseConfig.division      = 71;//预分频器,1M的计数频率,1us加1
  49.     baseConfig.clockDivision = TMR_CLOCK_DIV_1;//设置时钟分割
  50.     baseConfig.countMode     = TMR_COUNTER_MODE_UP;//TIM向上计数模式
  51.     TMR_ConfigTimeBase(TMR4,&baseConfig);
  52.     
  53.     TMR_ClearIntFlag(TMR4,TMR_INT_UPDATE);
  54.     
  55.     TMR_EnableInterrupt(TMR4,TMR_INT_UPDATE);//允许更新中断 
  56.  
  57.     //使能中断分组及优先级
  58.     NVIC_EnableIRQRequest(TMR4_IRQn,2,2);
  59.     
  60.     TMR_Enable(TMR4);//使能定时器3
  61.  
  62. }

cec信号接收处理：

当触发外部中断并且设备处于待机状态时，根据cec波形以及时序要求解析CEC信号，通过判断opcode数据位的值 从而判断是否唤醒。

  1. //接收一个cec  帧
  2. void apm_cec_receive_frame(void)
  3. {
  4.     if(EINT_ReadIntFlag(EINT_LINE_0)) //外部中断
  5.     {
  6.         if(apm_get_power_status() == POWER_OFF_STATUS)  //当前状态不是开机
  7.         {
  8.         if(CEC_State == CEC_STATE_IDLE)
  9.         {  
  10.             //如果波形状态为空闲，开启定时器3计数
  11.             TMR_ConfigCounter(TMR4,0);
  12.             TMR_Enable(TMR4);
  13.             cec_previous_time = TMR_ReadCounter(TMR4);
  14.             //SKG_INFO("cec_previous_time: %d\r\n",cec_previous_time);
  15.             apm_eint0_rising_config(); //上升沿触发
  16.             updatecnt = 0;
  17.             CEC_State = CEC_STATE_START; //波形为起始码接收状态
  18.         }
  19.         else
  20.         {
  21.             cec_current_time = TMR_ReadCounter(TMR4); //读取当前捕获值
  22.             //SKG_INFO("cec_current_time: %d\r\n",cec_current_time);
  23.             if(updatecnt == 0)
  24.             {
  25.                 //计算当前时间    //时间间隔=当前时间-前一时间
  26.                 cec_interval_time = abs(cec_current_time - cec_previous_time);
  27.             }
  28.             else
  29.             {
  30.                 cec_interval_time = abs(0x186A0 * updatecnt - cec_previous_time);
  31.                 cec_interval_time += cec_current_time;
  32.             }
  33.             cec_previous_time = cec_current_time;//将当前时间设置为前一个时间
  34.             updatecnt = 0; //计数器的范围返回0状态
  35.                 
  36.             //SKG_INFO("cec_interval_time: %d\r\n",cec_interval_time);
  37.                 
  38.             if(CEC_State == CEC_STATE_START)
  39.             {
  40.                 //低电平时间在3.5ms —— 3.9ms之间
  41.                 if((cec_interval_time > 3500) && (cec_interval_time < 3900))
  42.                 {
  43.                     CEC_State = CEC_STATE_STARTEND; //起始结束接收状态
  44.                 }
  45.                 else
  46.                 {
  47.                     
  48.                     //SKG_INFO("debug 0 cec_interval_time: %d\r\n",cec_interval_time);
  49.                     CEC_State = CEC_STATE_IDLE;
  50.                 }
  51.                     apm_eint0_falling_config(); //下降沿触发
  52.                 }
  53.                 else if(CEC_State == CEC_STATE_STARTEND)
  54.                 {
  55.                     //起始结束的低电平区间4ms --- 1.2ms
  56.                     if((cec_interval_time > 300) && (cec_interval_time < 1300))
  57.                     {
  58.                         cec_byte = 0;
  59.                         CEC_State = CEC_STATE_HEADERLOW; //header block 数据位的低电平
  60.                         apm_eint0_rising_config(); //上升沿触发
  61.                     }
  62.                     else
  63.                     {
  64.                         //SKG_INFO("debug 1 cec_interval_time:%d\r\n",cec_interval_time);
  65.                         //SKG_INFO("AAAAAAAAAAAAAAAAAA\r\n");
  66.                         CEC_State = CEC_STATE_IDLE;
  67.                         apm_eint0_falling_config();  //如果波形采集异常，中断回到初始状态下降沿触发
  68.                     }
  69.                     
  70.                 }
  71.                 else if(CEC_State == CEC_STATE_HEADERLOW)
  72.                 {
  73.                     //逻辑1    低电平300-900
  74.                     if((cec_interval_time > 300) && (cec_interval_time < 900))
  75.                     {
  76.                         headerdata <<= 1;
  77.                         headerdata |= 1;
  78.                         cec_byte++;
  79.                         CEC_State = CEC_STATE_HEADERHIGH; //header block  数据位高电平
  80.                     }
  81.                     //逻辑0    低电平1200-1800 
  82.                     else if((cec_interval_time > 1200) && (cec_interval_time < 1800))
  83.                     {
  84.                         headerdata <<= 1;
  85.                         cec_byte++;
  86.                         CEC_State = CEC_STATE_HEADERHIGH;
  87.                     }
  88.                     else
  89.                     {
  90.                         CEC_State = CEC_STATE_IDLE;
  91.                         //SKG_INFO("debug 2 cec_interval_time:%d\r\n",cec_interval_time);
  92.                     }
  93.  
  94.                     apm_eint0_falling_config();//下降沿触发
  95.                 }
  96.                 else if(CEC_State == CEC_STATE_HEADERHIGH)
  97.                 {
  98.                     //如果上一次低电平的时间+当前高电平的时间在2.05ms-2.75ms，说明data bit传输正确
  99.                     if(2050 < (cec_pre_interval_time + cec_interval_time) < 2750)
  100.                     {
  101.                         CEC_State = CEC_STATE_HEADERLOW;
  102.                     }
  103.                     else
  104.                     {
  105.                         //SKG_INFO("debug 3 cec_interval_time:%d\r\n",cec_interval_time);
  106.                         CEC_State = CEC_STATE_IDLE;
  107.                     }
  108.                     if(cec_byte == 10) //header block 字节接收完成
  109.                     {
  110.                         //head_src = headerdata >> 6;
  111.                         head_src = headerdata >> 2;
  112.                         //head_src = headerdata;
  113.                         headerdata = 0;
  114.                         CEC_State = CEC_STATE_CODELOW; //data block  数据位低电平接收
  115.                     }
  116.                     apm_eint0_rising_config(); //上升沿触发
  117.                 }
  118.                 else if(CEC_State == CEC_STATE_CODELOW)
  119.                 {
  120.                     //逻辑1    低电平300-900
  121.                     if((cec_interval_time > 300) && (cec_interval_time < 900))
  122.                     {
  123.                         codedata <<= 1;
  124.                         codedata |= 1;
  125.                         cec_byte++;
  126.                         CEC_State = CEC_STATE_CODEHIGH; //data block  数据位高电平
  127.                     }
  128.                     //逻辑0    低电平1200-1800
  129.                     else if((cec_interval_time > 1200) && (cec_interval_time < 1800))
  130.                     {
  131.                         codedata <<= 1;
  132.                         cec_byte++;
  133.                         CEC_State = CEC_STATE_CODEHIGH;
  134.                     }
  135.                     else
  136.                     {
  137.                         //SKG_INFO("debug 4 cec_interval_time:%d\r\n",cec_interval_time);
  138.                         CEC_State = CEC_STATE_IDLE;
  139.                     }
  140.                     
  141.                     apm_eint0_falling_config();//下降沿触发
  142.                 }
  143.                 else if(CEC_State == CEC_STATE_CODEHIGH)
  144.                 {
  145.                     //如果上一次低电平的时间+当前高电平的时间在2.05ms-2.75ms，说明data bit传输正确
  146.                     if(2050 < (cec_pre_interval_time + cec_interval_time) < 2750)
  147.                     {
  148.                         CEC_State = CEC_STATE_CODELOW;
  149.                     }
  150.                     else
  151.                     {
  152.                         //SKG_INFO("debug 5 cec_interval_time:%d\r\n",cec_interval_time);
  153.                         CEC_State = CEC_STATE_IDLE;
  154.                     }
  155.                                         if(cec_byte == 18)
  156.                     {
  157.                         opcode = codedata;
  158.                         codedata = 0;
  159.                         CEC_State = CEC_STATE_IDLE;
  160.                     }
  161.                     apm_eint0_rising_config(); //上升沿触发
  162.                 }
  163.             }
  164.             cec_pre_interval_time = cec_interval_time;
  165.         }
  166.     }
  167. }

波形的处理流程是  使用状态标志位  的变化来表示接收的字节

  1. typedef enum
  2. {
  3.     CEC_STATE_IDLE=0,        //0  初始为空闲
  4.     CEC_STATE_START,        //1  起始位
  5.     CEC_STATE_STARTEND,     //2     起始位结束
  6.     CEC_STATE_HEADERLOW,    //3  head block  数据位低电平
  7.     CEC_STATE_HEADERHIGH,  //4  head block  数据位高电平
  8.     CEC_STATE_CODELOW,     //5  data block  数据位低电平
  9.     CEC_STATE_CODEHIGH,    //6  data block  数据位高电平
  10. }CEC_State_enum;

处理过程中没有单独解析ack和eom，字节只接收两个，一个header   10位数据，一个opcode  8位数据。

波形处理流程：

第一次进入中断为空闲，开启定时器计数并读取当前计数值，状态改为起始位接收，中断改为上升沿触发

第二次进入中断读取定时器的值，减去前一次计数器的值，就是起始位低电平维持的时间，判断时间是否为在协议范围，把触发改为下降沿，如果在范围内将状态改为起始位结束状态

第三次进入中断 依然是计算出时间的差值，判断高电平维持的时间范围，在范围内则起始位接收完成，将状态改为接收header clock，把中断改为上升沿触发

第四次进入中断  由于上一次是下降沿触发，所以时间的差值就是低电平的持续时间，判断时间的范围得到逻辑0或逻辑1，逻辑1 headerdata  

数据处理后将状态改为HEADERHIGH  ，中断改为下降沿触发

下一次进入中断  时间的差值就是高电平的持续时间，进入HEADERHIGH 条件判断，当前的时间差值+上一次的时间差值就是数据传输的总时间，判断总时间是否在范围，在范围将状态改为HEADERLOW，中断改为上升沿触发，接收处理下一位数据，接收的数据位达到10位，将状态改为接收data clock。Data的接收处理和header相同。接收的数据位达到18位就将数据保存，状态改为空闲。

  1. void apm_cec_ctrl_handle(void)
  2. {
  3.     if(opcode == CEC_VIEW_ON || opcode == ACTIVE_SOURSE)
  4.     {
  5.         if(apm_get_power_status() == POWER_OFF_STATUS)
  6.         {    
  7.             power_on();            
  8.         }
  9.  
  10.     }
  11. }

在实际调试过程中可以根据需求和现象，调整电平时间判断范围，加入EOM位的判断作为数据传输结束的标志，加大数据的接收范围等。

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