2. 显示技术基础

在进入 Wayland 多屏显示开发之前，必须先建立一套关于“显示”本身的共同语言。很多多屏问题的根源并不在合成器协议，而在于对分辨率、刷新率、像素时钟、扫描时序这些底层概念理解不一致。本节从显示器件演进讲起，把显示原理与多屏术语串成一条完整的知识链，为后续的 DRM/KMS、输出管理与合成器实现打基础。

一、显示原理演进：从CRT到LCD/OLED

CRT（阴极射线管）通过电子束逐行扫描荧光屏发光。它的图像由“扫描”这一物理过程产生，因此天然存在水平/垂直消隐期，也天然与“时序”绑定。电子束从左到右、从上到下扫描，扫完一行回到下一行起点需要时间，扫完一帧回到顶部也需要时间，这就是行消隐与场消隐的来源。

LCD（液晶显示）不再依赖电子束扫描，而是通过背光加液晶分子偏转控制每个像素的透光率。像素是“保持型”的，一旦写入就持续显示到下一次刷新。但为了兼容既有视频接口与传输体系，LCD 依然沿用了 CRT 的扫描时序模型，只是消隐期变成了数据传输的“空档”而非物理回扫时间。

OLED（有机发光二极管）则是自发光器件，每个像素独立发光，无需背光。它带来更高对比度、更快响应和更薄形态，但也带来烧屏、亮度衰减等新问题。对软件而言，三者最大的共性是：上层看到的都是一块由像素矩阵构成的、按帧刷新的输出设备，差异主要体现在时序参数、色彩处理和电源管理上。

二、分辨率、刷新率与像素时钟

分辨率描述一帧图像的像素规模，例如 1920×1080 表示水平 1920 个像素、垂直 1080 行。它决定了画面的细节上限，也决定了帧缓冲的大小。多屏场景中，每块屏幕可以有不同的分辨率，合成器需要为每块输出分别管理缓冲。

刷新率表示屏幕每秒重绘画面的次数，单位 Hz。60Hz 意味着每 16.67ms 刷新一帧。刷新率越高，运动画面越顺滑，输入延迟越低。多屏下不同屏幕可以有不同的刷新率，这给合成器的帧调度带来挑战。

像素时钟（Pixel Clock）是显示时序的核心参数，表示每秒传输的像素数量，单位 MHz。它由分辨率、刷新率和消隐共同决定。一个常用的近似关系是：

像素时钟 ≈ (水平总像素 × 垂直总行数) × 刷新率

其中：
  水平总像素 = 水平有效像素 + 水平前肩 + 水平同步 + 水平后肩
  垂直总行数 = 垂直有效行数 + 垂直前肩 + 垂直同步 + 垂直后肩

例如 1920×1080@60Hz 的经典 CEA-861 时序，水平总像素约 2200，垂直总行数约 1125，则像素时钟约为 2200×1125×60 ≈ 148.5MHz。这个数字在 DRM 模式信息中会以 clock 字段出现，是配置显示模式的关键依据。

三、多屏显示的基本术语

在 Wayland 与 DRM/KMS 语境下，多屏相关术语需要精确区分，否则容易在调试时混淆。

术语	含义	多屏开发中的关注点
Connector（连接器）	物理输出接口，如 HDMI-A-1、DP-1、eDP-1	热插拔检测、连接状态、EDID 读取
CRTC	显示控制器，负责扫描输出一个帧缓冲	数量有限，多屏时需合理分配
Plane（平面）	可叠加的图层，如主平面、光标平面、叠加平面	硬件合成、叠加层分配、格式支持
Encoder	将 CRTC 信号编码到 Connector 的转换器	接口类型匹配、共享限制
EDID	显示器能力描述数据，含支持模式与物理尺寸	模式枚举、最佳分辨率选择
Mode（模式）	一组完整时序参数，含分辨率、刷新率、像素时钟	模式校验、首选模式、自定义模式
Framebuffer	存储像素数据的内存缓冲	多屏可共享或独立，影响内存与合成策略
Output（输出）	Wayland 中代表一个可显示的逻辑输出	与 Connector/CRTC 映射，逻辑布局

四、案例场景：双屏扩展的时序校验

假设一台笔记本通过 DP 外接 4K 显示器，内置屏为 1920×1080@60Hz，外接屏为 3840×2160@60Hz。开发中需要确认两件事：一是 GPU 是否有足够的像素时钟带宽同时驱动两块屏；二是两个 CRTC 是否都能分配到合适的 Encoder 与 Connector。

# 查看当前连接器与模式（示意）
$ modetest -M i915 -c
Connectors:
  id  encoder status      name        size
  42  41      connected   eDP-1       1920x1080
  55  54      connected   DP-1        3840x2160

# 查看 CRTC 与平面资源
$ modetest -M i915 -p
CRTCs:
  id  fb  pos  size
  31  40  (0,0) 1920x1080
  48  0   (0,0) 0x0

如果外接屏的像素时钟超出接口带宽，或 CRTC 数量不足，就会出现“只能镜像不能扩展”或“外接屏无法点亮”的现象。此时需要检查 EDID 中的模式列表、接口链路速率（如 DP 的 HBR2/HBR3）以及 CRTC 分配策略。

五、常见误区与复盘

• 误区一：把分辨率等同于刷新率。两者独立，高分辨率不等于高刷新率，4K@30Hz 与 1080p@120Hz 是不同维度的取舍。
• 误区二：忽略消隐参数。只记有效分辨率而忽略前后肩与同步，会导致像素时钟计算错误，模式校验失败。
• 误区三：认为多屏必须同刷新率。Wayland 与 DRM 支持每输出独立模式，但合成器需要处理不同刷新率的帧调度。
• 误区四：混淆 Connector 与 Output。Connector 是物理接口，Output 是 Wayland 逻辑概念，二者通过 DRM 资源映射关联。

复盘来看，显示技术基础的价值在于建立“参数—时序—资源”三层认知：参数层理解分辨率、刷新率、像素时钟；时序层理解消隐与同步；资源层理解 Connector、CRTC、Plane、Encoder 的分配关系。只有这三层都清晰，后续在 Wayland 中处理多屏布局、模式切换与热插拔时，才能快速定位问题所在，而不是在协议层盲目猜测。