1、显示子系统框架：MDP架构、DSI/DP/eDP接口与显示时钟树

2.1 MDP多媒体显示处理器架构MDP全称是Multimedia Display Processor。我个人习惯把它理解成「显示流水线的总调度中心」。它不负责具体的像素渲染而是负责把各路图像数据比如GPU渲染的、视频解码器输出的、Camera预览的进行合成、缩放、旋转、叠加最后输出给显示接口。MTK8678的MDP架构我画个简化的框图给你看------------------ ------------------ | GPU渲染帧 | | 视频解码帧 | | (内存中的Buffer) | | (内存中的Buffer) | ----------------- ----------------- | | v v ------------------ ------------------ | Layer 0 | | Layer 1 | | (主图层) | | (视频图层) | ----------------- ----------------- | | ----------------------- | v ----------------------- | MDP 合成引擎 | | (硬件合成器) | ---------------------- | v ----------------------- | 显示接口控制器 | | (DSI/DP/eDP) | -----------------------这里有个关键点MDP内部有多个硬件图层Layer每个图层可以独立配置位置、大小、透明度、旋转角度。我在项目中遇到过一个问题客户要求画中画显示一个视频窗口悬浮在游戏画面上。如果只用软件合成帧率直接掉到20fps。后来我改成用MDP的两个硬件图层叠加帧率稳稳的60fps。这就是硬件加速的价值。核心要点MDP的硬件图层数量是有限的。MTK8678通常支持4-6个硬件图层。超过这个数量系统会自动回退到GPU软件合成性能会下降。所以设计UI时图层数量要心里有数。2.2 DSI/DP/eDP接口介绍MDP合成完图像后需要把数据送到屏幕。这就涉及到显示接口了。MTK8678支持三种主流接口DSI、DP、eDP。我一个个说。2.2.1 DSIDisplay Serial InterfaceDSI是手机和平板上最常用的接口。它基于MIPI协议采用差分信号传输抗干扰能力强。说白了就是一根排线里走高速串行数据。DSI有几个关键参数Lane数量通常1-4 Lane。4 Lane的带宽最高。速率每Lane可达1.5Gbps甚至更高。MTK8678支持到2.5Gbps per Lane。工作模式Command Mode命令模式带帧缓冲和Video Mode视频模式实时刷新。我记得有一次调试一个1080p60fps的屏幕死活刷不出来。查了半天发现是DSI的时钟配置错了。DSI的时钟计算公式是这样的DSI时钟频率 (水平像素数 HBP HFP HSA) * (垂直像素数 VBP VFP VSA) * 刷新率 * 每像素位数 / (Lane数 * 2)嗯这个公式我建议你记下来。实际项目中屏幕的时序参数HBP、HFP等都在屏幕的规格书里。拿到规格书第一件事就是把这些参数填进去算一遍。小技巧调试DSI时先用示波器量一下时钟线CLK Lane的频率。如果频率不对多半是PLL配置或者分频系数算错了。我习惯在驱动里加个打印把计算出的目标频率和实际锁相环频率都打出来对比。2.2.2 DPDisplayPortDP接口主要用于外接显示器、电视或者扩展坞。MTK8678的DP支持eDP嵌入式DP和标准DP两种模式。eDP通常用于笔记本的内屏标准DP用于外接。DP的优势是带宽高、支持长距离传输。MTK8678的DP支持到4K60fpsHDR也没问题。DP的链路训练Link Training是个容易出坑的地方。链路训练说白了就是主机和显示器之间协商速率、Lane数、电压摆幅等参数。我曾经遇到一个兼容性问题某品牌的显示器在链路训练时总是失败导致黑屏。后来发现是显示器的EDID扩展显示标识数据里写了一个不支持的速率组合。解决办法是在驱动里强制指定一个兼容的速率。// 强制DP链路训练参数示例 static struct dp_link_config forced_link_cfg { .lane_count 2, // 强制使用2 Lane .rate DP_LINK_RATE_5_4G, // 5.4Gbps per Lane .voltage_swing 0, // 低电压摆幅兼容性更好 };2.2.3 eDP嵌入式DisplayPorteDP本质上是DP的嵌入式版本主要用于笔记本和平板的内屏。它和DP的区别在于eDP通常走的是板内走线距离短功耗优化更好。MTK8678的eDP支持PSR面板自刷新功能可以降低静态画面时的功耗。PSR的原理很简单当画面静止时eDP把最后一帧存在屏幕的缓冲里然后关闭主链路。屏幕自己刷新缓冲里的内容。等画面变化时再唤醒主链路。这个功能在阅读场景下特别省电。注意PSR功能需要屏幕硬件支持。不是所有eDP屏幕都支持PSR。另外PSR的唤醒延迟一般在几毫秒到十几毫秒之间。如果应用对延迟敏感比如游戏建议关闭PSR。2.3 显示时钟树显示时钟树说白了就是给MDP、DSI、DP这些模块提供时钟的「水管网络」。每个模块需要不同频率的时钟而且这些时钟之间还有相位关系。时钟树设计不好显示就会出各种诡异问题闪屏、花屏、不同步。MTK8678的显示时钟树大致如下------------------- | 主PLL (26MHz) | | (晶振输入) | ------------------ | v ------------------- | DPLL (显示PLL) | | 输出: 594MHz | | (用于4K60fps) | ------------------ | ------------------------------------ | | | v v v ---------------- ---------------- ---------------- | MDP Core Clock | | DSI PHY Clock | | DP PHY Clock | | (300-600MHz) | | (根据分辨率) | | (根据链路速率) | ---------------- ---------------- ----------------这里有个关键点DSI的PHY时钟和MDP的核心时钟必须满足一定的比例关系。否则会出现「帧不同步」的问题。我举个例子MDP核心时钟决定了一秒钟能处理多少像素。DSI PHY时钟决定了数据从SoC传到屏幕的速率。如果MDP处理得太快DSI传得太慢缓冲区就会溢出出现撕裂Tearing。反过来MDP太慢DSI太快屏幕就会反复读取同一帧造成卡顿。解决这个问题的标准做法是使用「垂直同步VSync」机制。VSync信号由屏幕或者DSI控制器产生MDP根据VSync的节奏来送帧。MTK8678的MDP内部有一个VSync生成器可以配置成内部模式或者外部模式。避坑指南我曾经在一个项目里为了省电把MDP核心时钟降到了200MHz。结果发现播放4K视频时画面每隔几秒就卡一下。用trace工具一抓发现MDP处理一帧的时间超过了VSync间隔16.67ms。说白了就是MDP「忙不过来」。解决办法是把MDP时钟调到400MHz以上。所以时钟频率不是越低越好要满足帧率要求。最后我建议你在调试显示驱动时先把时钟树的所有节点频率都打印出来。MTK的调试接口一般会提供这样的命令// 查看显示时钟状态伪代码 cat /sys/kernel/debug/clk/clk_summary | grep disp // 输出示例 // disp_mdp_clk 400000000 // MDP核心时钟 400MHz // disp_dsi0_phy_clk 1500000000 // DSI0 PHY时钟 1.5GHz // disp_dp_phy_clk 540000000 // DP PHY时钟 540MHz嗯看到这些数字你就能快速判断时钟配置是否合理。如果某个时钟频率是0那说明对应的模块没使能或者PLL没锁住。好了这一章的内容就到这里。显示子系统框架是后面所有驱动开发的基础。你把这些接口和时钟树搞清楚了后面写MDP驱动、DSI驱动、DP驱动时就会顺手很多。下一章咱们开始实战写一个最简单的MDP驱动点亮一块屏幕。