Linux DRM驱动HDR支持与VBlank同步调试工程 - 第4节

4.1 Encoder 的作用与实现

在 DRM/KMS 子系统中，Encoder（编码器）位于 CRTC 与 Connector 之间，负责将 CRTC 输出的像素数据流（通常为并行 RGB 或 LVDS 格式）转换为特定显示接口所需的串行信号格式。Encoder 的核心职责包括：

• 信号编码：将并行像素数据转换为 TMDS（HDMI/DVI）、DisplayPort 串行化数据、eDP 或 LVDS 差分信号。
• 链路训练：对于 DP/eDP，执行链路训练以协商通道数、速率和电压摆幅。
• 色彩格式转换：在 HDR 场景下，将 CRTC 输出的 RGB 或 YCbCr 数据转换为 HDMI 或 DP 所需的色彩格式（如 4:4:4、4:2:2、4:2:0）。
• 辅助通道管理：处理 DDC（I²C）用于 EDID 读取，以及 DP AUX 通道用于 DPCD 寄存器访问。

4.1.1 Encoder 驱动实现要点

实现一个 Encoder 驱动需要填充 drm_encoder_helper_funcs 回调函数，核心接口如下表所示：

以下是一个简化的 Encoder 初始化代码示例，展示如何注册一个内置 HDMI Encoder：

static const struct drm_encoder_helper_funcs hdmi_encoder_helper_funcs = {
    .atomic_mode_set = hdmi_encoder_mode_set,
    .atomic_enable   = hdmi_encoder_enable,
    .atomic_disable  = hdmi_encoder_disable,
    .atomic_check    = hdmi_encoder_atomic_check,
};

static int hdmi_encoder_init(struct drm_device *dev) {
    struct drm_encoder *encoder;
    int ret;

    encoder = drm_encoder_alloc(dev, NULL, DRM_MODE_ENCODER_TMDS, 0);
    if (IS_ERR(encoder))
        return PTR_ERR(encoder);

    encoder->possible_crtcs = drm_crtc_mask(&crtc); // 绑定到特定 CRTC
    drm_encoder_helper_add(encoder, &hdmi_encoder_helper_funcs);

    return 0;
}

4.2 Connector 检测与 EDID 读取

Connector（连接器）代表物理显示接口（HDMI、DP、VGA 等），其核心职责是检测显示器是否连接、读取 EDID（Extended Display Identification Data）以获取显示器能力，并将这些信息传递给 DRM 核心以建立显示模式。Connector 的状态检测通常通过硬件 GPIO 引脚（热插拔检测，HPD）或轮询方式实现。

4.2.1 Connector 检测机制

Connector 检测分为两种模式：

• 热插拔检测（HPD）：硬件中断驱动，当显示器插入或拔出时触发中断，驱动调用 drm_helper_hpd_irq_event() 通知核心。
• 轮询检测：对于不支持 HPD 的接口（如 VGA），驱动在 connector->polled 中设置 DRM_CONNECTOR_POLL_CONNECT 和 DRM_CONNECTOR_POLL_DISCONNECT，核心定时调用 detect 回调。

Connector 的 detect 回调返回以下状态：

4.2.2 EDID 读取流程

EDID 是一块 128 字节（或扩展为 256 字节）的数据块，存储在显示器中，通过 DDC（I²C）或 DP AUX 通道读取。读取流程如下：

1. 驱动调用 drm_get_edid() 或 drm_do_get_edid()，传入 connector 和 I²C 适配器。
2. 核心通过 DDC 地址 0x50 读取 EDID 块，校验校验和。
3. 如果读取成功，核心解析 EDID 并生成 drm_display_mode 列表。
4. 驱动将 EDID 数据存储在 connector->edid_blob_ptr 中，供用户空间通过 drmModeGetProperty 访问。

以下是一个典型的 Connector get_modes 回调实现：

static int hdmi_connector_get_modes(struct drm_connector *connector) {
    struct edid *edid;
    int ret;

    // 通过 DDC I²C 读取 EDID
    edid = drm_get_edid(connector, &hdmi_i2c_adapter);
    if (!edid) {
        drm_err(connector->dev, "No EDID found on HDMI connector\n");
        return 0;
    }

    // 将 EDID 解析为 drm_display_mode 并添加到 connector
    drm_connector_update_edid_property(connector, edid);
    ret = drm_add_edid_modes(connector, edid);

    kfree(edid);
    return ret;
}

4.3 DP/HDMI 桥接

在实际嵌入式系统中，SoC 原生显示接口可能与目标显示器不匹配，此时需要外部桥接芯片进行协议转换。常见的桥接场景包括：

• DP 转 HDMI：将 SoC 的 DisplayPort 输出转换为 HDMI 信号，常用于电视或显示器。
• HDMI 转 DP：较少见，用于某些特殊适配器。
• LVDS 转 HDMI：将并行 LVDS 信号转换为 HDMI，用于老旧 SoC。
• eDP 转 DP：用于扩展坞或外接显示器。

4.3.1 桥接芯片驱动架构

在 DRM 驱动中，桥接芯片通常实现为 Bridge 驱动，使用 drm_bridge 框架。Bridge 位于 Encoder 与 Connector 之间，可以串联多个 Bridge 形成链。核心结构如下：

Bridge 驱动的核心回调包括：

• attach：将 Bridge 连接到 Encoder 或上游 Bridge。
• detect：检测下游显示器状态（通过桥接芯片的 HPD 引脚）。
• get_edid：通过桥接芯片的 I²C 或 AUX 通道读取 EDID。
• mode_set：配置桥接芯片的输出时序和色彩格式。

4.3.2 桥接芯片调试要点

调试 DP/HDMI 桥接时，常见问题及排查方法如下：

• 无显示输出：检查桥接芯片的电源、复位时序，使用示波器测量 HPD 引脚电平。
• EDID 读取失败：确认 I²C 总线地址（通常为 0x50），检查桥接芯片是否处于透传模式。
• 色彩异常：验证 mode_set 中是否设置了正确的色彩深度（8/10/12bit）和色彩空间（RGB/YCbCr）。
• HDR 不生效：使用 drm_info 查看 Connector 的 HDR_OUTPUT_METADATA 属性是否已设置，并确认桥接芯片支持 HDR InfoFrame 注入。

// 示例：在 Bridge 的 mode_set 中配置 HDR 元数据
static void bridge_mode_set(struct drm_bridge *bridge,
                            const struct drm_display_mode *mode,
                            const struct drm_display_mode *adjusted_mode) {
    struct bridge_priv *priv = bridge_to_priv(bridge);
    struct drm_connector *connector = bridge->connector;
    struct drm_connector_state *state = connector->state;

    // 配置基础时序
    reg_write(priv, REG_VIDEO_TIMING, mode->clock);

    // 如果启用了 HDR，写入 HDR 元数据
    if (state->hdr_output_metadata) {
        struct hdr_output_metadata *hdr = state->hdr_output_metadata;
        reg_write(priv, REG_HDR_EOTF, hdr->hdmi_metadata_type1.eotf);
        reg_write(priv, REG_HDR_LUMINANCE, hdr->hdmi_metadata_type1.max_luminance);
    }
}