2. 显示硬件基础

在进入 DRM 驱动开发之前，必须先建立一张清晰的“显示硬件地图”。Linux DRM 把显示子系统抽象成若干对象：Framebuffer 描述像素数据，Plane 描述图层，CRTC 描述扫描输出，Encoder 描述信号编码，Connector 描述物理接口，EDID 描述显示器能力，DPMS 描述电源状态。理解它们之间的连接关系，是后续编写 KMS 驱动、调试显示异常、实现多屏输出的基础。

一、核心对象与职责

DRM 显示通路可以理解为一条从内存到屏幕的流水线。应用或合成器把画面写入 Framebuffer，Plane 从 Framebuffer 中取出一块区域，CRTC 按扫描时序把 Plane 内容混合成最终画面，Encoder 把像素流转换为 HDMI、DP、MIPI DSI 等接口所需的电信号，Connector 则负责与外部显示器建立连接并读取 EDID。每个对象都有独立的属性、状态和生命周期，内核通过 atomic 机制统一提交它们的状态变化。

• Framebuffer：一块像素缓冲区，包含格式、宽高、pitch、修饰符等信息，是显示的“数据源”。
• Plane：图层抽象，负责从 Framebuffer 中裁剪、缩放、旋转并混合到 CRTC，支持 primary、overlay、cursor 等类型。
• CRTC：显示控制器中的扫描输出单元，决定分辨率、刷新率、时序和背景色，是显示通路的“心脏”。
• Encoder：把 CRTC 输出的像素流编码成特定接口信号，例如 TMDS、DP 链路或 DSI 数据包。
• Connector：物理接口抽象，如 HDMI-A-1、DP-1、eDP-1，负责热插拔检测、EDID 读取和连接状态维护。
• EDID：显示器通过 DDC/I2C 提供的扩展显示标识数据，包含厂商、型号、支持分辨率、时序和音频能力。
• DPMS：显示电源管理状态，通常包括 On、Standby、Suspend、Off，用于控制背光、链路和扫描输出。

二、硬件显示通路与对象关系

下面这张图展示了 DRM 显示通路中对象之间的连接关系。Framebuffer 是数据源，Plane 是取数层，CRTC 是扫描与混合单元，Encoder 是信号编码器，Connector 是物理出口，EDID 和 DPMS 则分别影响 Connector 的能力发现与电源状态。

三、EDID 与 DPMS 的作用

EDID 是 Connector 在热插拔后通过 DDC 通道读取的一段结构化数据。内核解析 EDID 后，会得到显示器支持的分辨率、刷新率、像素时钟、物理尺寸以及音频信息。用户空间工具如 modetest、edid-decode 可以查看这些能力。没有 EDID 时，驱动通常只能使用保守的默认模式，或者依赖内核命令行强制指定模式。

# 查看 Connector 状态与 EDID 解析结果
modetest -c
# 输出示例：
# Connector: HDMI-A-1
#   status: connected
#   modes: 1920x1080@60, 1280x720@60
#   edid: 00 ff ff ff ff ff ff 00 ...

# 解码 EDID 内容
edid-decode /sys/class/drm/card0-HDMI-A-1/edid

DPMS 则决定显示链路的电源状态。当用户空间调用 drmModeConnectorSetProperty 或通过 modetest -D 设置 DPMS 时，内核会通知 CRTC 停止扫描、Encoder 关闭链路、Connector 进入低功耗状态。DPMS Off 并不等于断开连接，Connector 仍然可以检测热插拔事件。

四、典型场景：一次模式设置发生了什么

假设用户空间执行一次 atomic commit，把 1920x1080 的 Framebuffer 显示到 HDMI 显示器上。内核会按以下顺序处理：

1. 检查 Connector 状态，确认显示器已连接且 EDID 有效。
2. 根据 EDID 选择匹配的显示模式，计算 CRTC 时序参数。
3. 把 Framebuffer 绑定到 Plane，设置源裁剪区域和目标显示区域。
4. 把 Plane 绑定到 CRTC，设置背景色和混合方式。
5. 把 CRTC 绑定到 Encoder，Encoder 再绑定到 Connector。
6. 提交 atomic 状态，硬件开始扫描输出，DPMS 切换为 On。

五、常见误区与复盘