3. 显示管线与像素格式

在 DRM 显示驱动开发中，显示管线最终要把一块内存中的像素数据，经过格式解释、色彩空间转换、缩放、合成、Gamma/色彩管理，再送入显示控制器扫描输出。像素格式决定了“内存里的二进制如何被解释成颜色”，而显示管线决定了“这些颜色如何被搬运、转换和最终点亮屏幕”。理解 RGB、YUV、色深以及 DRM 中的格式表示，是排查花屏、偏色、绿屏、颜色错位等问题的基本功。

一、核心原理：像素格式是内存与显示控制器之间的契约

一个像素格式至少包含四类信息：颜色模型（RGB 还是 YUV）、分量排列（如 ARGB、BGRA、NV12）、每分量位宽（8bit、10bit、16bit）、采样与存储方式（打包 packed 还是平面 planar，是否半平面 semi-planar）。DRM 用 fourcc 四字符码统一表示这些格式，例如 DRM_FORMAT_XRGB8888、DRM_FORMAT_ARGB8888、DRM_FORMAT_NV12、DRM_FORMAT_P010。

RGB 是显示器的原生驱动空间，每个像素独立存储 R、G、B 分量，适合 UI、文字、合成。YUV 则把亮度 Y 与色度 UV 分离，利用人眼对色度不敏感的特性进行色度下采样，常见 4:4:4、4:2:2、4:2:0。视频解码、摄像头输出通常是 YUV，而显示控制器最终需要 RGB 或经过 CSC 转换后输出。色深则决定每个分量的量化精度：8bit 每通道 256 级，10bit 每通道 1024 级，能显著减少渐变条带。

二、DRM 中的表示：fourcc、modifier 与 plane 属性

在 DRM 中，格式通过 drm_fourcc.h 定义，驱动在 drm_plane 的 format_types 中声明支持的格式。用户态通过 DRM_IOCTL_MODE_ADDFB2 或 ATOMIC 提交 framebuffer，其中包含 pixel_format、width、height、pitches、offsets、modifier。modifier 用于描述平铺、压缩等内存布局，例如 DRM_FORMAT_MOD_LINEAR 或厂商私有压缩格式。

struct drm_mode_fb_cmd2 {
    __u32 fb_id;
    __u32 width;
    __u32 height;
    __u32 pixel_format;   /* DRM_FORMAT_* */
    __u32 flags;
    __u32 handles[4];
    __u32 pitches[4];
    __u32 offsets[4];
    __u64 modifier[4];
};

对于 NV12，通常有 2 个 plane：Y 平面和交错 UV 平面；对于 P010，则是 10bit 存储在 16bit 容器中。驱动需要根据 fourcc 计算 pitch、offset 和 plane 数量，并配置显示控制器的 CSC、DMA 和格式转换单元。

三、转换流程：从应用缓冲到屏幕像素

典型转换链路如下：应用或视频解码器产生 YUV 缓冲，GPU 或显示控制器进行 CSC 转 RGB，合成器进行 alpha 混合，色彩管理模块做 Gamma/3D LUT，最后输出到面板。若显示控制器不支持某格式，驱动可能通过 GPU 做中间转换，或让用户态选择支持的格式。

四、案例与场景：NV12 视频叠加 UI 的典型问题

假设一个播放器用 NV12 输出视频，UI 用 ARGB8888。合成器把两个 plane 交给显示控制器：视频 plane 配置 NV12，UI plane 配置 ARGB8888。若驱动把 NV12 的 UV 平面 offset 算错，画面会出现绿色或紫色；若 CSC 矩阵把有限范围当成全范围，黑色会发灰；若 10bit P010 被当成 8bit 解释，亮度会整体偏移。

排查时可按以下清单逐项核对：

• 确认 pixel_format 与用户态实际填充一致，特别是 XRGB 与 ARGB 的 alpha 语义。
• 检查 pitches 与 offsets 是否按 plane 正确计算，NV12 的 UV offset 通常等于 Y pitch × height。
• 确认 CSC 的输入范围：视频通常 limited range，UI 通常 full range。
• 确认色深与容器：P010 是 10bit 有效位存在 16bit 容器中，不能按 8bit 读取。
• 用 modetest 或 kmscube 验证格式支持列表与 modifier。

# 查看 plane 支持的格式
modetest -M rockchip -p
# 典型输出片段
Planes:
  id  format  modifier
  35  XRGB8888  LINEAR
  35  ARGB8888  LINEAR
  35  NV12      LINEAR
  35  P010      LINEAR

五、误区与复盘

复盘时建议建立“格式—plane—CSC—范围—色深”五维检查表，把每次花屏、偏色、条带问题都归因到具体维度。只有把像素格式当作显示管线中的一等公民，才能在 DRM 驱动开发中稳定地支撑视频、UI、游戏和色彩管理等多种场景。