LCD驱动及Framebuffer相关
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Jerikc 发表于4年前
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摘要: 1. android display相关的名词 2. 调试LCD驱动需要注意的步骤 3. 关于帧缓冲区及I/O内存

1.名词解释

GPU:Graphic Processing Unit (图形处理器)

OpenGL:Open Graphic Library 定义了一个跨编程语言、跨平台的编程接口的规格,不同厂商会有不同的实现方法,它主要用于三维图象(二维的亦可)绘制。

SurfaceFlinger:Android中负责Surface之间叠加、混合操作的动态库

Skia:Android中的2D图形库

libagl:Android中通过软件方法实现的一套OpenGL动态库

libhgl:为区别libagl,自定义的一种叫法。特指GPU厂商提供的硬件实现的OpenGL

composition:特指SurfaceFlinger对各个Surface之间的叠加、混合操作

render:特指使用OpenGL动态库进行3D渲染

copybit:Android使用2D引擎来加速图形操作(主要是Surface之间的composition操作)的一种技术,对应着一个或几个动态库。

pmem:Android特有驱动,从linux内核中reserve物理连续内存,可以为2d、3d引擎、vpu等设备分配物理连续内存。

Android在启动后,会在运行时根据配置文件加载OpenGL(libagl & libhgl)的实现,如果有libhgl实现,默认使用libhgl实现,否则使用libagl实现。

OpenGL在Android中两个作用:

1. 用于Surface的composition操作。

SurfaceFlinger 会调用到OpenGL中,通过libagl或者libhgl做Surface的组合、叠加操作。

2. 用于图形图像的渲染

Android framework会对OpenGL实现进行java层次的简单封装,在java应用程序中对OpenGL的调用最终会调用到libagl或者libhgl中去。

很多第三方游戏、3D图库、某些launcher会使用OpenGL实现比较炫丽UI的特效。

Copybit在Android中的作用

Copybit在Android中主要用于Surface的composition操作。

Skia在Android中的作用

Skia是Android的2D图形库,用于绘制文字、几何图形、图像等。

Skia的设备后端:Raster、OpenGL、PDF

双缓冲:
在计算机上的动画与实际的动画有些不同:实际的动画都是先画好了,播放的时候直接拿出来显示就行。计算机动画则是画一张,就拿出来一张,再画下一张,再拿 出来。如果所需要绘制的图形很简单,那么这样也没什么问题。但一旦图形比较复杂,绘制需要的时间较长,问题就会变得突出。

让我们把计算机想象成一个画图比较快的人,假如他直接在屏幕上画图,而图形比较复杂,则有可能在他只画了某幅图的一半的时候就被观众看到。而后面虽然他把 画补全了,但观众的眼睛却又没有反应过来,还停留在原来那个残缺的画面上。也就是说,有时候观众看到完整的图象,有时却又只看到残缺的图象,这样就造成了 屏幕的闪烁。

如何解决这一问题呢?我们设想有两块画板,画图的人在旁边画,画好以后把他手里的画板与挂在屏幕上的画板相交换。这样以来,观众就不会看到残缺的画了。这 一技术被应用到计算机图形中,称为双缓冲技术。即:在存储器(很有可能是显存)中开辟两块区域,一块作为发送到显示器的数据,一块作为绘画的区域,在适当 的时候交换它们。由于交换两块内存区域实际上只需要交换两个指针,这一方法效率非常高,所以被广泛的采用。


(以上这段是网上摘的)
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LCD调光方式有:
 一线脉冲计数调光
 PWM调光

调试LCD需要注意的:
SCLK
SDA
CS
RESET
上面这几路线是发命令和参数用的,所以首先要调通,这几路OK后屏应该亮或花屏

PCLK
HSYNC
VSYNC
DE
这几路是刷数据用的,屏亮后显示不正常就调这几路的参数

320x480的,参数为:
PCLK    10MHz
HSYNC    30KHz(行刷新)
VSYNC    60Hz(列刷新,即一屏)
SCLK    70KHz
DE    30KHz(Data Enable RGB写数据时用到)
CS    SPI写命令或参数时用,往屏上刷数据时用不到

常见的问题:
---
lk亮屏了,但是白屏,查下极性,看是不是反了
极性: lcdc侧的Pclk,Hsync,Vsync,DE是高有效,那么panel driver的
这些信号也应该是高有效,在往寄存器写参数时要核对下
---
要注意这些东西,HFP,HBP,VFP,VBP 即通常所讲的前沿,后沿屏幕图像左右抖动,不用说,肯定是HFP/HBP不对。
前沿后沿就是给hsync,vsync往屏幕刷数据提供时间,可以看你的LCD IC SPEC了解。
另外关于前沿后沿(前消隐/后消隐)的概念, 感觉下面这一段是比较靠谱的:
正常的TFT一行的显示周期是 前消隐+实际点输出+后消隐
HBP、HFP 代表前后消隐所需要的周期

如果前消隐设置小了,后消隐设置大了,LCD控制器的实际输出就会被当做消隐而不会实际显示出来,看到的效果就是图像左移,反之图像右移.如果前后消隐都 设置小了,理论上第二行的图像可能会被当做第一行的图像显示,造成屏幕歪斜不同步,但是有些TFT中内部的时序电路会自动补上缺少的时钟,所以也不一定会 看到不同步的画面.场的消隐同理.

至于为什么要消隐是为了兼容CRT显示器的显示原理,CRT显示器每一个扫描行完成后,电子枪需要回扫,这段时间不能显示,所以这段时间的视频信号需要暂停一下,就是消隐.

调试步骤(这段是网上摘的):
1)调试lcd背光,背光主要分为PMIC自带的和单独的DCDC,如果为PMIC自带的背光,一般平台厂商已经做好,
直接调用接口即可,如果为单独的DCDC驱动,则需要用GPIO控制DCDC的EN端
 
2)确认lcd的模拟电,io电是否正常
 
3)根据lcd的分辨率,RGB/CPU/MIPI等不同的接口,配置控制寄存器接口
 
4)根据lcd spec配置PCLK的频率,配置PCLK,VSYNC,HSYNC,DE等控制线的极性
 
5)使用示波器测试所有clk的波形,确认频率,极性是否符合要求
 
6)使用示波器测试data线,看是否有数据输出,bpp的设置是否正确
 
7)如果lcd需要初始化,配置spi的接口,一般分为cpu自带的spi控制器,和gpio模拟的spi。
 
8)根据lcd spec中的初始化代码进行lcd的初始化
 
9)用示波器测量lcd的spi clk及数据线,确认是否正常输出
 
10)正常情况下,此时lcd应该可以点亮。如果没有点亮,按照上述步骤1到9,逐项进行检查测试,重点检查第5项,clk的极性
 
11)如果lcd点亮,但是花屏。则需要先确认数据格式是否正确,然后确认fb里的数据是否正常,有以下几种方法确认fb里的数据
i)cat /dev/graphics/fb0 > /sdcard/fb0,然后将/sdcard/fb0 >到另一台相同分辨率及相同格式的手机上,看图片显示是否正常
ii)使用irfanview软件显示cat /dev/graphics/fb0出来的raw数据,注意要正确设置分辨率及格式,否则显示花屏
iii)如果adb连接正常,可以使用豌豆莢等软件,查看fb中的数据是否正常
 
通过以上三种途径,如果确认fb中的数据正常显示,则很可能为lcd初始化代码的问题,或者clk极性的问题,如果fb数据不正常,则可能为lcd控制寄存器配置不正常导致。
 
LCD屏的调试注意事项
 
1. Pix clock是否在规定的范围内。
 
2. Pclk是否极性正确。上升沿还是下降沿。
 
3. 变频引起的闪屏问题。可以通过锁定频率来试验是否是变频引起。

要确保每一步都正确,那肯定可以显示出图像来
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framebuffer

我们现在用的是Adreno系列,Adreno是什么?就相当于PC机上的显卡。显卡,也叫GPU,它的好坏会对手机的多媒体播放和3D游戏性能有着直接的影响。framebuffer即帧缓冲区,这个帧缓冲区就位于显卡的内部,帧缓冲区是显卡上固化的存储器,其中存放的是当前屏幕的内容。你要做高通平台,那么还会遇到MDP, MDP(Mobile Display Processor), MDP是什么? 比方说你用的data format是RGB666,那么这里的data format输出是多少位是由MDP决定的,MDP1.1/MDP1.2只能输出16或18bpp,而MDP1.3可以输出24bpp。还有图形的旋转等效果,上面说的Copybit进行composition的动作我想底层就是由MDP支持的。我们也可以选择是GPU来composition还是MDP 来composition。 那么GPU和MDP是什么关系?GPU是显卡,GPU处理要显示的数据,即把矢量转换为bit,MDP负责把数据转成接口信号送给相关的panel。在MDP里有DMA,DMA会把framebuffer里的内容放到panel上。后面分析代码会看到,我们把数据写到MDP就不管了,它内部应该是把数据再调整,然后再写到各个接口(MIPI/LCDC)连接的panel上。这些东西都是SoC,所以你在板子上是看不到的。

显卡对CPU来说是外设,外设会通过I/O接口连接到I/O总线上,I/O总线再连接到CPU。 I/O接口包含多个I/O端口。每个连接到I/O总线上的设备都有自己的I/O地址集,通常称为I/O端口(LKD part13 原话)。为I/O编程提供统一的方法,但又不牺牲性能,所以设计者们把一组I/O端口(即一地址集)组织成一组专用的寄存器。这也就是我们通常所说的I/O端口即寄存器的由来。所以每个外设都是通过读写其寄存器来控制的。

I/O接口是处于一组I/O端口和对应的设备控制器之间的一种硬件电路。它起翻译器的作用,即把I/O端口中的值转换成设备所需要的命令和数据。还可以通过一条IRQ线把这种电路连接到可编程中断控制器上,以使它代表相应的设备发出中断请求。

硬件组织上了解后我们看软件上怎么处理。我们要做的工作是,检测哪些I/O端口已经分配给I/O设备。 通常来讲,I/O设备驱动程序为了探测硬件设备,需要盲目地向某一I/O端口写入数据,但是,如果其他硬件设备已经使用了这个端口,那么系统就会崩溃。所以,linux的设计者们便想出用"资源"来记录分配给每个硬件设备的I/O端口。

资源(resource)被互斥地分配给设备驱动程序,一个资源表示I/O端口地址的一个范围。

我为什么会说I/O呢,因为帧缓冲区就是I/O内存,和I/O有关,抛砖引玉。关于I/O端口和I/O内存的区别可是有学问的,你知道吗?不知道是哪位大侠创作或整理的文章,粉好,你要是知道这两者的区别,那就不用看了,你要是不知道,那不妨看一看吧:http://blog.csdn.net/insoonior/article/details/8011192#t0

说到这里我们需要看代码了:
static struct resource msm_fb_resources[] = {
        {
                .flags  = IORESOURCE_DMA,
        }
};

static struct platform_device msm_fb_device = {
        .name   = "msm_fb",
        .id     = 0,
        .num_resources  = ARRAY_SIZE(msm_fb_resources),
        .resource       = msm_fb_resources,
        .dev    = {
                .platform_data = &msm_fb_pdata,
        }
};

void __init msm_msm7627a_allocate_memory_regions(void)
{
        addr = alloc_bootmem_align(fb_size, 0x1000); //这就是framebuffer的物理地址,在framebuffer的驱动中会用到
        msm_fb_resources[0].start = __pa(addr);
        msm_fb_resources[0].end = msm_fb_resources[0].start + fb_size - 1;
}



系统启动并初始化时会通过以下调用,把device 的 resource 加入到resource树中:
  # TO tag         FROM line  in file/text
  1  1 platform_add_devices  1455  arch/arm/mach-msm/board-qrd7627a.c
  2  1 platform_device_register   114  drivers/base/platform.c
  3  1 platform_device_add   337  drivers/base/platform.c
  4  1 insert_resource   275  drivers/base/platform.c
  5  1 insert_resource_conflict   667  conflict = insert_resource_conflict(parent, new);
  6  1 __insert_resource   651  conflict = __insert_resource(parent, new);

有了以上的资源后就清楚了:
static int msm_fb_probe(struct platform_device *pdev)
{
                fbram_size =
                        pdev->resource[0].end - pdev->resource[0].start + 1;
                fbram_phys = (char *)pdev->resource[0].start;
                fbram = __va(fbram_phys);
}

static int msm_fb_register(struct msm_fb_data_type *mfd)
{
        struct fb_fix_screeninfo *fix;
        struct fb_var_screeninfo *var;    //主要是根据panel的信息初始化这两个数据结构

        fbram_offset = PAGE_ALIGN((int)fbram)-(int)fbram;
        fbram += fbram_offset;
        fbram_phys += fbram_offset;
        fbram_size -= fbram_offset;
        fbi->screen_base = fbram;
    fbi->fix.smem_start = (unsigned long)fbram_phys;
}



smem_start在后面分析mdp_lcdc_update时会用到.
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我们看下数据到framebuffer后是怎么显示到屏幕上的。先从HAL层分析数据的走向,再往上的逻辑待定。

android/hardware/msm7k/libgralloc-qsd8k/ 这是display subsys的HAL层
// 上层调用这句ioctl把数据推给driver,放到framebuffer里
ioctl(m->framebuffer->fd, FBIOPUT_VSCREENINFO, &m->info)


// 上层通过这句可以获知屏幕的大小
ioctl(fd, FBIOGET_VSCREENINFO, &info)



ioctl一路调用下来会到
drivers/video/fbmem.c
static long do_fb_ioctl(struct fb_info *info, unsigned int cmd,
                        unsigned long arg)
        case FBIOPUT_VSCREENINFO:
                if (copy_from_user(&var, argp, sizeof(var)))
                        return -EFAULT;
                if (!lock_fb_info(info))
                        return -ENODEV;
                console_lock();
                info->flags |= FBINFO_MISC_USEREVENT;
                ret = fb_set_var(info, &var);    //struct fb_info info, struct fb_var_screeninfo var
                info->flags &= ~FBINFO_MISC_USEREVENT;
                console_unlock();
                unlock_fb_info(info);
                if (!ret && copy_to_user(argp, &var, sizeof(var)))
                        ret = -EFAULT;
                break;


int fb_set_var(struct fb_info *info, struct fb_var_screeninfo *var)
    fb_pan_display(info, &info->var);


int fb_pan_display(struct fb_info *info, struct fb_var_screeninfo *var)
        if ((err = info->fbops->fb_pan_display(var, info)))
                return err;




drivers/video/msm/msm_fb.c
static int msm_fb_pan_display(struct fb_var_screeninfo *var,
                              struct fb_info *info)
        if (info->node == 0 && !(mfd->cont_splash_done)) { /* primary */    /* 如果未上电,给panel上电 */
                mdp_set_dma_pan_info(info, NULL, TRUE);
                if (msm_fb_blank_sub(FB_BLANK_UNBLANK, info, mfd->op_enable)) {
                        pr_err("%s: can't turn on display!\n", __func__);
                        return -EINVAL;
                }
        }
    mdp_dma_pan_update(info);    /* 这句是把数据通过MDP更新到panel */




drivers/video/msm/mdp_dma.c
void mdp_dma_pan_update(struct fb_info *info)
    struct msm_fb_data_type *mfd = (struct msm_fb_data_type *)info->par;
    mfd->dma_fnc(mfd);



drivers/video/msm/mdp.c
static int mdp_probe(struct platform_device *pdev)
    case LCDC_PANEL:
        mfd->dma_fnc = mdp_lcdc_update;



drivers/video/msm/mdp_dma_lcdc.c
void mdp_lcdc_update(struct msm_fb_data_type *mfd)
        struct fb_info *fbi = mfd->fbi;
        uint8 *buf;
        int bpp;

        bpp = fbi->var.bits_per_pixel / 8;
        buf = (uint8 *) fbi->fix.smem_start;

        buf += calc_fb_offset(mfd, fbi, bpp);

    MDP_OUTP(MDP_BASE + dma_base + 0x8, (uint32) buf);    /* 最终会调到这句,上层抛过来的一堆数据存在buf指针指向的区域,然后把这个地址写到MDP BASE,然后MDP再写到panel上 */



drivers/video/msm/mdp.h
#define MDP_OUTP(addr, data) outpdw((addr), (data))



drivers/video/msm/msm_fb_def.h
#define outpdw(port, val)      writel(val, port)



------------------------------------------------------------------------------------------
framebuffer还有好多方方面面没提到的,网上一搜一大把,就不提了。我只写些自己认为需要整理的东西,算是做个整理吧。

初始化过程:fbmem-->msm_fb-->mdp-->lcdc-->panel

初始化好之后,panel device的注册过程:panel-->lcdc-->mdp-->msm_fb-->fbmem

on/off: msm_fb-->mdp-->lcdc-->panel

msm_fb的pdata是mdp
mdp的pdata是lcdc
lcdc的pdata是panel

panel driver probe里初始化了一个lcdc_dev,在lcdc driver probe里初始化了一个mdp dev,在mdp driver probe里初始化了一个msm_fb dev。最后调用msm_fb_register-->register_framebuffer最终和fbmem关联上。

遗留问题:
addr = alloc_bootmem_align(fb_size, 0x1000)分配的内存怎么与帧缓冲区这个IO内存对应上的?

在手机的GPU上,可能framebuffer并未在GPU里,就是一块从物理内存上分配得到的。
gpu确实有块缓存,adreno 205配置了256KB图形缓存(GMEM)专用于颜色缓冲,Z缓冲和模板缓冲等。显然这个缓存不是framebuffer,否则太小了。

所以这个问题也不攻自破了,在手机设备上也许根本不存在帧缓冲区这个IO内存。
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