LCD驅動調試以及Framebuffer

內容提要:
1. android display相關的名詞
2. 調試LCD驅動需要注意的步驟
3. 關於幀緩沖區及I/O內存
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1.名詞解釋

GPU：Graphic Processing Unit （圖形處理器）

OpenGL：Open Graphic Library 定義了一個跨編程語言、跨平台的編程接口的規格，不同廠商會有不同的實現方法，它主要用於三維圖象（二維的亦可）繪制。

SurfaceFlinger：Android中負責Surface之間疊加、混合操作的動態庫

Skia：Android中的2D圖形庫

libagl：Android中通過軟件方法實現的一套OpenGL動態庫

libhgl：為區別libagl，自定義的一種叫法。特指GPU廠商提供的硬件實現的OpenGL

composition：特指SurfaceFlinger對各個Surface之間的疊加、混合操作

render：特指使用OpenGL動態庫進行3D渲染

copybit:Android使用2D引擎來加速圖形操作（主要是Surface之間的composition操作）的一種技術，對應着一個或幾個動態庫。

pmem：Android特有驅動，從linux內核中reserve物理連續內存，可以為2d、3d引擎、vpu等設備分配物理連續內存。



Android在啟動后，會在運行時根據配置文件加載OpenGL（libagl & libhgl）的實現，如果有libhgl實現，默認使用libhgl實現，否則使用libagl實現。

OpenGL在Android中兩個作用：

1. 用於Surface的composition操作。

         SurfaceFlinger會調用到OpenGL中，通過libagl或者libhgl做Surface的組合、疊加操作。

2. 用於圖形圖像的渲染

         Android framework會對OpenGL實現進行java層次的簡單封裝，在java應用程序中對OpenGL的調用最終會調用到libagl或者libhgl中去。

         很多第三方游戲、3D圖庫、某些launcher會使用OpenGL實現比較炫麗UI的特效。

Copybit在Android中的作用

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


Skia在Android中的作用

Skia是Android的2D圖形庫，用於繪制文字、幾何圖形、圖像等。

Skia的設備后端：Raster、OpenGL、PDF

雙緩沖:
在計算機上的動畫與實際的動畫有些不同：實際的動畫都是先畫好了，播放的時候直接拿出來顯示就行。計算機動畫則是畫一張，就拿出來一張，再畫下一張，再拿出來。如果所需要繪制的圖形很簡單，那么這樣也沒什么問題。但一旦圖形比較復雜，繪制需要的時間較長，問題就會變得突出。
讓我們把計算機想象成一個畫圖比較快的人，假如他直接在屏幕上畫圖，而圖形比較復雜，則有可能在他只畫了某幅圖的一半的時候就被觀眾看到。而后面雖然他把畫補全了，但觀眾的眼睛卻又沒有反應過來，還停留在原來那個殘缺的畫面上。也就是說，有時候觀眾看到完整的圖象，有時卻又只看到殘缺的圖象，這樣就造成了屏幕的閃爍。
如何解決這一問題呢？我們設想有兩塊畫板，畫圖的人在旁邊畫，畫好以后把他手里的畫板與掛在屏幕上的畫板相交換。這樣以來，觀眾就不會看到殘缺的畫了。這一技術被應用到計算機圖形中，稱為雙緩沖技術。即：在存儲器（很有可能是顯存）中開辟兩塊區域，一塊作為發送到顯示器的數據，一塊作為繪畫的區域，在適當的時候交換它們。由於交換兩塊內存區域實際上只需要交換兩個指針，這一方法效率非常高，所以被廣泛的采用。

(以上這段是網上摘的)
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LCD調光方式有:
 一線脈沖計數調光
 PWM調光


調試LCD需要注意的:
SCLK
SDA
CS
RESET
上面這幾路線是發命令和參數用的,所以首先要調通,這幾路OK后屏應該亮或花屏


PCLK
HSYNC
VSYNC
DE
這幾路是刷數據用的,屏亮后顯示不正常就調這幾路的參數


320x480的,參數為:
PCLK    10MHz
HSYNC    30KHz(行刷新)
VSYNC    60Hz(列刷新,即一屏)
SCLK    70KHz
DE    30KHz(Data Enable RGB寫數據時用到)
CS    SPI寫命令或參數時用,往屏上刷數據時用不到


常見的問題:
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lk亮屏了,但是白屏,查下極性,看是不是反了
極性: lcdc側的Pclk,Hsync,Vsync,DE是高有效,那么panel driver的
這些信號也應該是高有效,在往寄存器寫參數時要核對下
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要注意這些東西,HFP,HBP,VFP,VBP 即通常所講的前沿,后沿
屏幕圖像左右抖動,不用說,肯定是HFP/HBP不對
前沿后沿就是給hsync,vsync往屏幕刷數據提供時間,可以看你的LCD IC SPEC了解
另外關於前沿后沿(前消隱/后消隱)的概念, 感覺下面這一段是比較靠譜的:
正常的TFT一行的顯示周期是 前消隱+實際點輸出+后消隱
HBP、HFP 代表前后消隱所需要的周期
如果前消隱設置小了,后消隱設置大了,LCD控制器的實際輸出就會被當做消隱而不會實際顯示出來,看到的效果就是圖像左移,反之圖像右移.如果前后消隱都設置小了,理論上第二行的圖像可能會被當做第一行的圖像顯示,造成屏幕歪斜不同步,但是有些TFT中內部的時序電路會自動補上缺少的時鍾,所以也不一定會看到不同步的畫面.場的消隱同理.
至於為什么要消隱是為了兼容CRT顯示器的顯示原理,CRT顯示器每一個掃描行完成后,電子槍需要回掃,這段時間不能顯示,所以這段時間的視頻信號需要暫停一下,就是消隱.

調試步驟(這段是網上摘的):
1）調試lcd背光,背光主要分為PMIC自帶的和單獨的DCDC，如果為PMIC自帶的背光，一般平台廠商已經做好，
直接調用接口即可，如果為單獨的DCDC驅動，則需要用GPIO控制DCDC的EN端
 
2）確認lcd的模擬電，io電是否正常
 
3）根據lcd的分辨率，RGB／CPU／MIPI等不同的接口，配置控制寄存器接口
 
4）根據lcd spec配置PCLK的頻率，配置PCLK,VSYNC,HSYNC,DE等控制線的極性
 
5）使用示波器測試所有clk的波形，確認頻率，極性是否符合要求
 
6）使用示波器測試data線，看是否有數據輸出，bpp的設置是否正確
 
7）如果lcd需要初始化，配置spi的接口，一般分為cpu自帶的spi控制器，和gpio模擬的spi。
 
8）根據lcd spec中的初始化代碼進行lcd的初始化
 
9）用示波器測量lcd的spi clk及數據線，確認是否正常輸出
 
10）正常情況下，此時lcd應該可以點亮。如果沒有點亮，按照上述步驟1到9，逐項進行檢查測試，重點檢查第
5項，clk的極性
 
11）如果lcd點亮，但是花屏。則需要先確認數據格式是否正確，然后確認fb里的數據是否正常，有以下幾種方
法確認fb里的數據
i)cat /dev/graphics/fb0 > /sdcard/fb0，然后將/sdcard/fb0 >到另一台相同分辨率及相同格式的手機上，看圖片顯示是否正常
ii)使用irfanview軟件顯示cat /dev/graphics/fb0出來的raw數據，注意要正確設置分辨率及格式，否則顯示花屏
iii)如果adb連接正常，可以使用豌豆莢等軟件，查看fb中的數據是否正常
 
通過以上三種途徑，如果確認fb中的數據正常顯示，則很可能為lcd初始化代碼的問題，或者clk極性的問題，
如果fb數據不正常，則可能為lcd控制寄存器配置不正常導致。
 
 
LCD屏的調試注意事項
 
1. Pix clock是否在規定的范圍內。
 
2. Pclk是否極性正確。上升沿還是下降沿。
 
3. 變頻引起的閃屏問題。可以通過鎖定頻率來試驗是否是變頻引起。

要確保每一步都正確,那肯定可以顯示出圖像來
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framebuffer

我們現在用的是Adreno系列,Adreno是什么?就相當於PC機上的顯卡.顯卡，也叫GPU,
它的好壞會對手機的多媒體播放和3D游戲性能有着直接的影響.
framebuffer即幀緩沖區,這個幀緩沖區就位於顯卡的內部,幀緩沖區是顯卡上固化的存儲器,其中存放的是當前屏幕的內容.你要做高通平台,那么還會遇到MDP,MDP(Mobile Display 
Processor), MDP是什么? 比方說你用的data format是RGB666,那么這里的data format輸出是多少位是由MDP決定的,MDP1.1/MDP1.2只能輸出16或18bpp,而MDP1.3可以輸出24bpp.還有圖形的旋轉等效果,上面說的Copybit進行composition的動作我想底層就是由MDP支持的.我們也可以選擇是GPU來composition還是MDP來composition. 那么GPU和
MDP是什么關系?GPU是顯卡,GPU處理要顯示的數據，即把矢量轉換為bit，MDP負責把數據轉成接口信號送給相關的panel。在MDP里有DMA，DMA會把framebuffer里的內容放到panel上. 后面分析代碼會看到,我們把數據寫到MDP就不管了,它內部應該是把數據再調整,然后再寫到各個接口(MIPI/LCDC)連接的panel上.這些東西都是SoC,所以你在板子上是看不到的.

顯卡對CPU來說是外設,外設會通過I/O接口連接到I/O總線上,I/O總線再連接到CPU. I/O接口包含多個I/O端口.每個連接到I/O總線上的設備都有自己的I/O地址集,通常稱為I/O端口(LKD part13 原話).為I/O編程提供統一的方法,但又不犧牲性能,所以設計者們把一組I/O端口(即一地址集)組織成一組專用的寄存器. 這也就是我們通常所說的I/O端口即寄存器的由來. 所以每個外設都是通過讀寫其寄存器來控制的. 

I/O接口是處於一組I/O端口和對應的設備控制器之間的一種硬件電路.它起翻譯器的作用,即把I/O端口中的值轉換成設備所需要的命令和數據.還可以通過一條IRQ線把這種電路連接到可編程中斷控制器上,以使它代表相應的設備發出中斷請求.

硬件組織上了解后我們看軟件上怎么處理.我們要做的工作是,檢測哪些I/O端口已經分配給I/O設備. 通常來講,I/O設備驅動程序為了探測硬件設備,需要盲目地向某一I/O端口寫入數據,但是,如果其他硬件設備已經使用了這個端口,那么系統就會崩潰.所以,linux的設計者們便想出用"資源"來記錄分配給每個硬件設備的I/O端口.

資源(resource)被互斥地分配給設備驅動程序,一個資源表示I/O端口地址的一個范圍.
我為什么會說I/O呢,因為幀緩沖區就是I/O內存,和I/O有關,拋磚引玉. 關於I/O端口和I/O內存的區別可是有學問的,你知道嗎?不知道是哪位大俠創作或整理的文章,粉好,你要是知道這兩者的區別,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

說到這里我們需要看代碼了:
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);    //這就是framebuffer的物理地址,在framebuffer的驅動中會用到
        msm_fb_resources[0].start = __pa(addr);
        msm_fb_resources[0].end = msm_fb_resources[0].start + fb_size - 1;
}

系統啟動並初始化時會通過以下調用,把device 的 resource 加入到resource樹中:
  # 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);

有了以上的資源后就清楚了:
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;    //主要是根據panel的信息初始化這兩個數據結構

        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時會用到.
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我們看下數據到framebuffer后是怎么顯示到屏幕上的.先從HAL層分析數據的走向,再往上的邏輯待定.

android/hardware/msm7k/libgralloc-qsd8k/ 這是display subsys的HAL層

ioctl(m->framebuffer->fd, FBIOPUT_VSCREENINFO, &m->info)
上層調用這句ioctl把數據推給driver,放到framebuffer里

ioctl(fd, FBIOGET_VSCREENINFO, &info)
上層通過這句可以獲知屏幕的大小

ioctl一路調用下來會到
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 */    /* 如果未上電,給panel上電 */
                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);    /* 這句是把數據通過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);    /* 最終會調到這句,上層拋過來的一堆數據存在buf指針指向的區域,然后
                                   把這個地址寫到MDP BASE,然后MDP再寫到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)
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framebuffer還有好多方方面面沒提到的,網上一搜一大把,就不提了.我只寫些自己認為需要整理的東西,算是做個整理吧.

初始化過程：fbmem-->msm_fb-->mdp-->lcdc-->panel

初始化好之后，panel device的注冊過程：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里初始化了一個lcdc_dev，在lcdc driver probe里初始化了一個mdp dev，在mdp driver probe里初始化了一個msm_fb dev.最后調用
msm_fb_register-->register_framebuffer最終和fbmem關聯上。

遺留問題:
addr = alloc_bootmem_align(fb_size, 0x1000)分配的內存怎么與幀緩沖區這個IO內存對應上的?