从硬件到内核：彻底理解 HDMI 在 DRM 显示驱动中的连接机制

最新推荐文章于 2025-10-31 05:27:07 发布

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在嵌入式 Linux 系统中，HDMI 是最常见的显示输出方式之一。在 NXP i.MX8M Plus 平台中，HDMI 显示通路既涉及硬件电路（PHY、ESD、DDC 等）也涉及内核 DRM 子系统的多级抽象（Plane、CRTC、Encoder、Connector）。

本文将从底层硬件、设备树配置、DRM 架构三个维度，一步步讲透 HDMI 显示系统在 Linux 中是如何连接、注册与驱动的。
在这里插入图片描述

一、HDMI 显示系统的物理组成

从硬件层面看，HDMI 接口不仅仅是几根差分线，还包括以下模块：

模块	功能	原理图中体现
HDMI PHY	将像素数据转换成 TMDS 信号（HDMI传输协议）	`hdmiphy` 芯片
ESD 防护器件	防静电浪涌、保护 PHY 芯片	`PCMF2HDMI2S`，差分信号前端
Level Shifter	DDC (I2C)、HPD 电平转换	`PCA9306` 等器件
HDMI CEC	支持远程控制协议的 GPIO 电路	`NX3008` 开关电路
HDMI Connector	TYPE A 或 TYPE D 标准接口	`J17` 连接器

此外，DDC I2C 通道用于读取显示器的 EDID 信息（分辨率能力等），HPD（Hot Plug Detect）用于检测是否插入显示器。

二、Linux 内核中的显示通路架构（DRM/KMS）

Linux 使用 DRM (Direct Rendering Manager) + KMS (Kernel Mode Setting) 构建显示子系统。

一条完整的显示路径由以下模块构成：

Plane → CRTC → Encoder → Connector

模块	功能	示例（NXP i.MX8MP）
Plane	像素源，例如 framebuffer	LCDIF 输出层
CRTC	定时控制器，生成同步信号	lcdif1/lcdif3
Encoder	将 RGB/YUV 转换为 HDMI/MIPI 信号	HDMI 编码器
Connector	具体的显示输出接口	HDMI TYPE-A 接口

DRM 会根据设备树中的 port 和 endpoint 自动识别连接关系并建立显示拓扑。

三、设备树中的 HDMI 配置详解

在 i.MX8MP 平台上，HDMI 相关设备树配置如下：

hdmi: hdmi@32fd8000 {
  compatible = "fsl,imx8mp-hdmi";
  reg = <0x32fd8000 0x7eff>;
  interrupts = <0 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>;
  power-domains = <&hdmi_blk_ctrl IMX8MP_HDMIBLK_PD_HDMI_TX>;
  clocks = <&clk IMX8MP_CLK_HDMI_APB>,
           <&clk IMX8MP_CLK_HDMI_24M>,
           <&hdmiphy 0>;
  clock-names = "iahb", "isfr", "pix";
  status = "okay";

  port {
    hdmi_from_lcdif3: endpoint {
      remote-endpoint = <&lcdif3_to_hdmi>;
    };
  };
};

同时，lcdif3 控制器（Plane/CRTC）也需要在设备树中声明与 HDMI 相连：

&lcdif3 {
  status = "okay";

  port@3 {
    lcdif3_to_hdmi: endpoint {
      remote-endpoint = <&hdmi_from_lcdif3>;
    };
  };
};

通过 remote-endpoint，完成了 LCDIF3 (CRTC) → HDMI (Connector) 的连线。

四、HDMI 是如何作为 DRM Connector 被注册的？

当系统启动时，Linux DRM 框架会扫描所有 port 和 endpoint 节点，建立图形设备拓扑。

在 HDMI 驱动中，通常调用如下代码将其注册为 drm_connector：

struct drm_connector *connector;
connector = devm_kzalloc(...);
drm_connector_init(dev, connector, &hdmi_connector_funcs, DRM_MODE_CONNECTOR_HDMIA);
drm_connector_helper_add(connector, &hdmi_connector_helper_funcs);

这就完成了 HDMI 作为一个类型为 HDMI-A 的显示输出接口的注册。

一旦连接建立，KMS 将负责：

读取 EDID：通过 DDC 获取显示支持的分辨率
设置 mode：CRTC + encoder 配合调整时序
处理热插拔：HPD 管脚绑定的中断控制器响应

五、调试建议

使用 modetest 查看 DRM 拓扑与支持的分辨率：
```
modetest -M imx-drm
```

检查 EDID 读取是否正常：

cat /sys/class/drm/card0-HDMI-A-1/edid | edid-decode

若屏幕无显示，检查：
- hdmi, hdmiphy 节点是否开启（status = "okay"）
- 是否存在 panel 或 bridge 未正确初始化
- 是否有 HPD 中断（GPIO trace）

六、总结：DRM 架构下 HDMI 的连接机制全流程

步骤	描述
1	硬件上 HDMI PHY、ESD、DDC 电路完整连接
2	DTS 中描述 CRTC → HDMI 的连接关系
3	驱动层通过 `drm_connector_init` 注册 HDMI 接口
4	DRM 框架自动解析 endpoint 构建拓扑
5	用户态通过 modetest/xrandr 进行控制