Linux 内核的视频模式

原创已于 2025-01-04 17:17:54 修改 · 886 阅读

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于 2025-01-04 13:01:50 首次发布

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1.概要

2.内容

在 Linux 内核的 Direct Rendering Manager (DRM) 框架中，视频模式（也称为显示模式）是指显示器或显示设备的工作参数集合，包括分辨率、刷新率、同步信号的位置等。这些参数共同决定了图像如何在屏幕上显示。

视频模式的主要参数

分辨率：指屏幕上的像素数量，通常用水平像素数和垂直像素数表示，例如 1280x720 或 1920x1080。
刷新率：指屏幕每秒刷新的次数，以赫兹（Hz）为单位。较高的刷新率可以减少图像的闪烁感，提供更流畅的视觉体验。
同步信号：包括水平同步信号（HSYNC）和垂直同步信号（VSYNC），用于确保图像在屏幕上的稳定显示。同步信号的位置和极性（正或负）也是视频模式的重要参数。
像素时钟：指驱动显示器所需的时钟频率，以千赫兹（kHz）为单位。这个参数决定了图像数据在屏幕上更新的速度。
前端和后端消隐：在水平同步信号和垂直同步信号之间，以及活跃视频区域前后的时间间隔，用于确保图像数据的正确传输和显示。

DRM 中的视频模式

在 DRM 框架中，视频模式由 drm_mode_modeinfo 结构体表示。这个结构体包含了描述一个显示模式所需的所有参数。开发者可以使用 DRM_MODE 宏来初始化这个结构体，从而方便地定义一个视频模式。

示例

以下是一个使用 DRM_MODE 宏定义 1280x720 @ 24Hz 视频模式的示例：

#define DRM_MODE(type, clock, hdisplay, hsync_start, hsync_end, htotal, vdisplay, vsync_start, vsync_end, vtotal, flags) \
    {                                                                   \
        .type = (type),                                                 \
        .clock = (clock),                                              \
        .hdisplay = (hdisplay),                                        \
        .hsync_start = (hsync_start),                                  \
        .hsync_end = (hsync_end),                                      \
        .htotal = (htotal),                                            \
        .vdisplay = (vdisplay),                                        \
        .vsync_start = (vsync_start),                                  \
        .vsync_end = (vsync_end),                                      \
        .vtotal = (vtotal),                                            \
        .flags = (flags),                                              \
    }

struct drm_mode_modeinfo mode = DRM_MODE(
    DRM_MODE_TYPE_DRIVER,
    59400, /* 像素时钟 */
    1280,  /* 水平分辨率 */
    3040,  /* 水平同步信号开始前的像素数 */
    3080,  /* 水平同步信号结束后的像素数 */
    3300,  /* 水平总像素数 */
    720,   /* 垂直分辨率 */
    725,   /* 垂直同步信号开始前的行数 */
    730,   /* 垂直同步信号结束后的行数 */
    750,   /* 垂直总行数 */
    0,     /* 保留字段 */
    DRM_MODE_FLAG_PHSYNC | DRM_MODE_FLAG_PVSYNC /* 同步信号极性 */
);

mode.vrefresh = 24; /* 刷新率 */
mode.picture_aspect_ratio = HDMI_PICTURE_ASPECT_16_9; /* 图片宽高比 */

实际应用

在实际应用中，视频模式通常由图形驱动程序或显示服务器（如 X.org、Wayland 等）根据显示器的 EDID（扩展显示标识数据）信息自动检测和配置。然而，在某些情况下，用户或开发者可能需要手动配置视频模式，以满足特定的显示需求。

通过 DRM 框架，开发者可以轻松地定义和管理视频模式，从而为用户提供更丰富的显示选项和更灵活的配置能力。

3.关联链接

ITOP-RK3588 HDMI强制分辨率跳过EDID_rk3588 hdmi强制输出-优快云博客

4.关联知识

1.DRM_MODE是个函数吗

DRM_MODE 在 Linux 内核的 Direct Rendering Manager (DRM) 框架中并不是一个函数，而是一个宏（macro）。宏在 C 语言中是一种预处理器指令，用于在编译时对代码进行文本替换。

在 DRM 的上下文中，DRM_MODE 宏通常用于定义一个 drm_mode_modeinfo 结构体的初始化器。这个结构体包含了描述一个显示模式的所有必要参数，比如分辨率、刷新率、同步信号的位置等。

宏的定义可能类似于以下形式（具体定义可能会根据内核版本有所不同）：

#define DRM_MODE(type, clock, hdisplay, hsync_start, hsync_end, htotal, vdisplay, vsync_start, vsync_end, vtotal, flags) \
    {                                                                   \
        .type = (type),                                                 \
        .clock = (clock),                                              \
        .hdisplay = (hdisplay),                                        \
        .hsync_start = (hsync_start),                                  \
        .hsync_end = (hsync_end),                                      \
        .htotal = (htotal),                                            \
        .vdisplay = (vdisplay),                                        \
        .vsync_start = (vsync_start),                                  \
        .vsync_end = (vsync_end),                                      \
        .vtotal = (vtotal),                                            \
        .flags = (flags),                                              \
    }

通过这个宏，开发者可以方便地用一行代码来初始化一个 drm_mode_modeinfo 结构体，而不需要逐行设置每个字段。这种宏的使用方式提高了代码的可读性和简洁性。

在使用时，开发者只需提供宏所需的参数，就可以快速定义一个显示模式。例如，前面提到的代码片段就是用 DRM_MODE 宏来定义一个 1280x720 @ 24Hz 的显示模式。

2.解析举例

/* 60 - 1280x720@24Hz */
	{ DRM_MODE(DRM_MODE_TYPE_DRIVER, 59400, 1280, 3040,
		   3080, 3300, 720, 725, 730, 750, 0,
		   DRM_MODE_FLAG_PHSYNC | DRM_MODE_FLAG_PVSYNC),
	  .vrefresh = 24, .picture_aspect_ratio = HDMI_PICTURE_ASPECT_16_9, },

这段代码定义了一个视频模式，适用于显示设备，特别是在使用Linux内核的Direct Rendering Manager (DRM) 框架时。这个特定的模式是为1280x720分辨率的屏幕设计的，刷新率为24Hz，通常用于视频播放或特定的显示需求。下面是对这段代码中各个参数的解释：

DRM_MODE(DRM_MODE_TYPE_DRIVER, 59400, 1280, 3040, 3080, 3300, 720, 725, 730, 750, 0, DRM_MODE_FLAG_PHSYNC | DRM_MODE_FLAG_PVSYNC):
- DRM_MODE_TYPE_DRIVER: 表示这个模式是由驱动程序定义的，而不是标准的VESA模式。
- 59400: 是像素时钟频率，单位为KHz。这是驱动显示器所需的时钟速度。
- 1280: 水平分辨率，即屏幕宽度上的像素数。
- 3040: 水平总宽度，包括活跃视频区域、前端消隐、后端消隐和同步脉冲的总和。
- 3080: 水平同步脉冲开始的位置。
- 3300: 水平总周期结束的位置，包括所有水平消隐和同步时间。
- 720: 垂直分辨率，即屏幕高度上的像素数。
- 725: 垂直同步脉冲开始之前的行数，包括活跃视频区域和垂直前端消隐。
- 730: 垂直同步脉冲开始的位置。
- 750: 垂直总周期，包括所有垂直消隐和同步时间。
- 0: 保留字段，通常设置为0。
- DRM_MODE_FLAG_PHSYNC | DRM_MODE_FLAG_PVSYNC: 标志位，表示水平同步和垂直同步都是正的（即同步脉冲在活跃视频信号之后）。
.vrefresh = 24: 刷新率设置为24Hz，这是每秒屏幕刷新的次数，适合电影播放，因为电影的标准帧率是24帧/秒。
.picture_aspect_ratio = HDMI_PICTURE_ASPECT_16_9: 图片宽高比设置为16:9，这是高清电视和大多数现代显示器的标准宽高比。

这个模式配置适用于需要特定分辨率和刷新率的场合，特别是在视频播放或需要精确控制显示输出的应用中。通过调整这些参数，可以适配不同的显示器或满足特定的显示需求。

{
        DRM_MODE("1280x720", DRM_MODE_TYPE_DRIVER, 74250,
                 1280, 1390, 1430, 1650, 0,
                 720, 725, 730, 750, 0,
                 DRM_MODE_FLAG_PHSYNC | DRM_MODE_FLAG_PVSYNC),
        .picture_aspect_ratio = HDMI_PICTURE_ASPECT_16_9,
    },

这段代码定义了一个视频显示模式，通常用于Linux内核中的DRM（Direct Rendering Manager）框架，特别是与HDMI或类似接口相关联的显示设备。下面是对这段代码的详细解释：

DRM_MODE("1280x720", ...)：定义了一个显示模式，其分辨率为1280x720像素，这是一种常见的高清（HD）分辨率，也被称为720p。
DRM_MODE_TYPE_DRIVER：指示这个模式是由驱动程序提供的，而不是通过自动探测或其他方式获得的。
74250：这是像素时钟频率，单位为千赫兹（KHz）。像素时钟决定了每秒可以传输多少像素数据，是计算其他时序参数的基础。

接下来的四个数字定义了水平扫描的时序参数：

1280：有效像素宽度，即实际显示区域的宽度。
1390：水平前沿（Horizontal Front Porch），是从有效像素结束到水平同步信号开始之间的像素数。
1430：水平同步脉冲宽度（Horizontal Sync Pulse Width），即水平同步信号的持续时间。
1650：水平总周期（Horizontal Total），是一个水平扫描线的总像素数，包括有效像素、前沿、同步脉冲和后沿。

紧接着的四个数字定义了垂直扫描的时序参数：

720：有效行数，即实际显示区域的行数。
725：垂直前沿（Vertical Front Porch），是从有效行结束到垂直同步信号开始之间的行数。
730：垂直同步脉冲宽度（Vertical Sync Pulse Width），即垂直同步信号的持续时间。
750：垂直总周期（Vertical Total），是一个完整帧的总行数，包括有效行、前沿、同步脉冲和后沿。
0（在两个时序参数列表之后）：通常用于指定刷新率或其他特殊参数，但在这里被设置为0，表示使用默认值或没有特殊参数。
DRM_MODE_FLAG_PHSYNC | DRM_MODE_FLAG_PVSYNC：这些标志指定了同步信号的极性。PHSYNC表示水平同步信号是正的（即信号在高电平时有效），PVSYNC表示垂直同步信号也是正的。
.picture_aspect_ratio = HDMI_PICTURE_ASPECT_16_9：指定了图片的宽高比为16:9，这是高清电视和视频内容的标准宽高比。

总的来说，这段代码定义了一个720p分辨率的显示模式，包括其像素时钟、水平和垂直扫描的时序参数，以及同步信号的极性和图片的宽高比。这些信息对于正确配置和驱动显示设备至关重要。

3.ITOP-RK3588 HDMI强制分辨率跳过EDID

在ITOP-RK3588开发板上，如果需要通过HDMI强制输出特定分辨率并跳过EDID（扩展显示标识数据）的读取，您可以按照以下步骤进行配置和修改。EDID通常用于显示设备之间交换有关其显示能力的信息，但在某些情况下，可能需要强制输出特定的分辨率。

一、修改U-Boot代码

定位并修改dw_hdmi_qp.c文件
- 打开路径为~/3588-linux/u-boot/drivers/video/drm/dw_hdmi_qp.c的文件。
- 注释掉原有的默认分辨率数组：
```
// const u8 def_modes_vic[6] = {4, 16, 2, 17, 31, 19};
```
- 添加您需要的分辨率对应的VIC（视频标识码）值。例如，如果希望强制输出1280x720@60Hz的分辨率，其VIC值为4，则修改为：
```
const u8 def_modes_vic[1] = {4};
```
修改edid.c文件
- 打开路径为~/3588-linux/u-boot/common/edid.c的文件。
- 找到static const struct drm_display_mode edid_cea_modes_1[]数组，确保其中包含了您需要的分辨率模式。

二、修改内核代码

定位并修改dw-hdmi-qp.c文件

打开路径为~/3588-linux/kernel/drivers/gpu/drm/bridge/synopsys/dw-hdmi-qp.c的文件。

在static const struct drm_display_mode dw_hdmi_default_modes[]数组中添加或修改为您需要的分辨率模式。例如，添加1280x720@60Hz的分辨率模式：

static const struct drm_display_mode dw_hdmi_default_modes[] = {
    /* 4 - 1280x720@60Hz 16:9 */
    {
        DRM_MODE("1280x720", DRM_MODE_TYPE_DRIVER, 74250,
                 1280, 1390, 1430, 1650, 0,
                 720, 725, 730, 750, 0,
                 DRM_MODE_FLAG_PHSYNC | DRM_MODE_FLAG_PVSYNC),
        .picture_aspect_ratio = HDMI_PICTURE_ASPECT_16_9,
    },
    // 其他分辨率模式...
};

修改HDMI连接器的模式获取函数

在同一个文件中，找到static int dw_hdmi_connector_get_modes(struct drm_connector *connector)函数。

注释掉EDID读取的代码部分，使系统不依赖EDID来获取分辨率信息：

static int dw_hdmi_connector_get_modes(struct drm_connector *connector)
{
    struct dw_hdmi_qp *hdmi = container_of(connector, struct dw_hdmi_qp, connector);
    struct hdr_static_metadata *metadata = &connector->hdr_sink_metadata.hdmi_type1;
    struct edid *edid;
    struct drm_display_mode *mode;
    struct drm_display_info *info = &connector->display_info;
    void *data = hdmi->plat_data->phy_data;
    int i, ret = 0;

    if (!hdmi->ddc)
        return 0;

    memset(metadata, 0, sizeof(*metadata));

    // 注释掉EDID读取部分
    // edid = drm_get_edid(connector, hdmi->ddc);
    edid = NULL;

    // 其他代码...

    return ret;
}

三、修改设备树配置

定位并修改topeet_screen_lcds.dts文件
- 打开路径为~/3588-linux/kernel/arch/arm64/boot/dts/rockchip/topeet_screen_lcds.dts的文件。
- 确保HDMI接口被正确启用，并配置为所需的模式。根据需要修改或添加相关的HDMI接口配置。