09 屏幕

1 主流显示接口介绍

嵌入式设备和消费电子产品中。MIPI DSI、eDP 和 HDMI 是三种主流的显示接口，用于在主机（如 SoC、电脑、手机主板）和显示器（屏幕）之间传输视频数据和指令。 它们各有侧重，应用于不同的领域。下面我将为您详细介绍这三种显示方式。

1.1 MIPI屏幕

MIPI（Mobile Industry Processor Interface，移动产业处理器接口）是一个由 MIPI 联盟 制定的、专为移动设备（如智能手机、平板电脑、笔记本电脑、物联网设备、汽车等）设计的一系列开放标准，具备低功耗，高集成度和抗干扰能力强的特点。

MIPI接口不是单一接口，MIPI 联盟主要是为移动处理器定制标准接口和规范，开发的接口广泛应用于处理器、相机、显示屏、基带调制解调器等设备。常见的接口是MIPI DSI(显示屏接口) 和 MIPI CSI(摄像头接口)，本文只介绍MIPI DSI

MIPI接口 MIPI DSI 接口分为数据线和时钟线，均为差分信号。数据线可选择 1/2/3/4 lanes，时钟线有一对，最多 10 根线，RK3568 默认使用 4 lanes 来驱动 MIPI 屏幕，当然了，对于小尺寸的屏幕，也可以使用 2 lanes 来驱动。对于 MIPI DSI 接口而言，最常用的就是 2 lanes 和 4 lanes。

RK3568 有一个 MIPI DSI 接口，所以也有一个 MIPI DSI 主控外设，用于完成 MIPI DSI 屏幕的驱动。此 MIPI DSI HOST 内核符合 MIPI 协议， MIPI DSI HOST 用于连接内核和 D-PHY， RK3568 的 MIPI DSI HOST 接口支持 1~4Lane。

RK3568 的 MIPI DSI HOST 控制器支持的特性如下：

  • 兼容 MIPI 联盟标准
  • 支持 DPI 接口颜色映射，支持 16/18/24bit 色深
  • 所有 DPI 接口信号极性可编程
  • 最高支持 4Lane 的 D-PHY 数据 Lane
  • Data0 支持双线通信和 Escape 模式
  • 可以传输所有的 Generic 命令
  • 支持 EOTP 包

RK3568 的 MIPI DSI HOST 控制器框图如下图所示：

MIPI控制器框图 （关于更详细的介绍或对以上内容存疑问，请以官网数据为准：https://www.mipi.org/）

1.2 HDMI屏幕

HDMI 全称为 High Definition Multimedia Interface，也就是高清多媒体接口，是一个纯数字的音视频传输接口，通过一根线同时发送音视频数据。目前在电视、显示器、电脑、机顶盒等领域得到了广泛的使用。

瑞芯微的 RK3568 芯片原生自带了 HDMI外设接口，可以用来连接 HDMI 显示器，本章我们就来学习一下如何使用 RK3568 的 HDMI 接口。

HDMI的结构框图如下所示：

HDMI结构框图

图中的几个通道实现的功能是：

  • TMDS：传输音视频数据
  • CEC：实现遥控器功能
  • DDC：实现屏幕分辨率自适应，通过 DDC 获取不同屏幕的参数信息
  • HPD：实现热插拔 HDMI一共有五种接口如下：
HDMI接口类型

最常用的接口类型是Type A 口，我们的M4-R1开发板搭载的也是Type A 口

下面介绍一下Type A 接口，其对应的引脚图和引脚定义如下图所示：

HDMI引脚定义 RK3568 自带一个 HDMI TX 外设，可以用来连接 HDMI 显示器。 RK3568 的 HDMI 接口支持 1.4a 和 2.0a 版本，为消费类电子提供了一个方便的屏幕连接方式，比如 DVD、播放器、摄像机等。 RK3568 的 HDMI 外设包括一个 HDMI 传输控制器和一个 PHY， RK3568 HDMI 支持的特性如下：

①、视频格式：

  • CEA-861-E 标准所支持视频格式， 1080p@60Hz 或者 720p/1080i@120Hz
  • HDMI 1.4b 支持的视频格式有：
    • CEA-861-E 视频格式最高到 1080p@120Hz
    • 支持 4K× 2K
    • 支持 3D 视频(TMDS 时钟最高 340MHz)
  • 支持 HDMI 2.0 视频格式

②、色彩支持： RGB 4:4:4

③、像素时钟： 13.5MHz-600MHz

④、最高支持 IEC60958 标准的 192KHz 音频采样率

⑤、支持 I2C DDC、 EDID 块读取模式

⑥、最高支持 2160p@60Hz， RGB 4:4:4

（关于更详细的介绍或对以上内容存疑问，请以官网数据为准：https://www.hdmi.org/）

1.3 eDP屏幕

eDP（Embedded DisplayPort，嵌入式 DisplayPort）是一种专为内部连接设计的数字显示接口标准。它由视频电子标准协会（VESA）制定，旨在作为笔记本电脑、平板电脑、一体机等设备中主板与内置显示屏之间的主要互联标准。eDP接口通常使用FPC 接口，连接在主板上面，笔记本电脑通常采用eDP屏幕，并且屏幕上面还有数字麦克风和摄像头，屏幕也可以选择触摸功能。

eDP接口

简单来说，eDP 就是 DisplayPort 标准在嵌入式领域的优化和延伸版本。它继承了 DisplayPort 的高性能特性，并针对嵌入式设备的空间、功耗和成本要求进行了增强。

eDP结构图

eDP接口组成：

  • Main-Link（主通道）：用于传输 视频/音频 数据，高速差分对构成（TX0~TX3），最多 4 通道（Lane），但有些屏只用 2 Lane
  • AUX CH（辅助通道）：低速单对差分线（AUX+/-），用于传输配置命令和参数
  • HPD（Hot Plug Detect）：表示热插拔检测通道，用于检测HPD信号由Sink端（屏幕）驱动，通知 Source 端是否有设备接入（选配）

RK3568 eDP 支持的特性如下：

特性规格
支持版本eDP 1.3
最大分辨率2560x1600 @ 60Hz
数据通道(Lane)最多4条物理通道
色彩深度最高支持 10bit RGB 输出
辅助通道(AUX)支持 AUX CH 通信
热插拔检测(HPD)支持 Hot Plug Detect
面板自刷新(PSR)支持 Panel Self Refresh

（关于更详细的介绍或对以上内容存疑问，请以官网数据为准：https://www.edp.com/zh-hans/node）

1.4 总结

以上三种显示接口就是目前最主流的高性能屏幕接口，如果要从三者中进行选择的话，最大的区别可能就是接口大小了：

  • MIPI DSI 接口：如果你的设备是手机屏幕这类小型设备，那么毫无疑问推荐小巧的MIPI DSI 接口
  • eDP接口：如果是笔记本电脑这类稍大的移动设备，那就选择接口大小适中的eDP接口屏幕
  • HDMI接口：如果是台式电脑显示器、电视等个人使用的固定大屏设备，就推荐使用HDMI、DP 这类体积较大但速度不俗的接口

2 三种屏幕的板卡接口

2.1 MIPI DSI接口

板卡MIPI接口

2.2 HDMI接口

板卡HDMI接口

2.3 eDP接口

板卡eDP接口

3 屏幕DTS配置与切换方式介绍

3.1 原理介绍

由于rk3568的三款屏幕接口（MIPI DSI、HDMI、eDP）的设备树过于复杂，往往一个外设涉及好几个设备树文件，受限于篇幅以及考虑到各位朋友大部分是入门选手，所以本章以及后续部分章节我们将只对部分板级配置文件进行分析，总结出一些核心内容给大家进行讲解，致力于让大家能够了解这些相对复杂的外设模块，未能为大家提供文件地址。

在此之前，先给大家介绍2个基础概念：

1 VOP（Video Output Processor） 是RK3568的视频输出处理器，负责管理所有显示输出，一共有三个视频端口vp0、vp1、vp2。 VOP路由决定哪个视频管道连接到哪个显示接口，具体内容如下表所示：

视频端口路由配置目标接口
vp0vp0_out_dsi0MIPI DSI0
vp0vp0_out_dsi1MIPI DSI1
vp0vp0_out_edpeDP
vp0vp0_out_hdmiHDMI
vp1vp1_out_dsi0MIPI DSI0
vp1vp1_out_dsi1MIPI DSI1
vp1vp1_out_edpeDP
vp1vp1_out_hdmiHDMI
vp1vp1_out_lvdsLVDS
vp2vp2_out_lvdsLVDS
vp2vp2_out_rgbRGB

2 PHY（Physical Layer） 是物理层接口，负责数字信号与物理传输介质之间的转换，不同的屏幕接口需要不同的PHY，具体内容如下表所示。

PHY类型节点名称基地址功能描述
Video PHYvideo_phy00xfe850000用于MIPI DSI接口的物理层信号处理
Video PHYvideo_phy10xfe860000用于MIPI DSI接口的物理层信号处理
eDP PHYedp_phy0xfdcb0000专门用于eDP接口的物理层处理
HDMI PHY内置PHY-HDMI控制器内置PHY功能，通过rockchip,phy-table配置不同频率下的PHY参数

3.2 MIPI DTS 配置

&dsi0 {
    status = "okay";

    dsi0_panel: panel@0 {
        compatible = "simple-panel-dsi";
        reg = <0>;
        backlight = <&backlight>;
        prepare-delay-ms = <2>;
        reset-delay-ms = <100>;
        init-delay-ms = <20>;
        enable-delay-ms = <120>;
        disable-delay-ms = <50>;
        unprepare-delay-ms = <20>;
        width-mm = <68>;
        height-mm = <121>;

        dsi,flags = <(MIPI_DSI_MODE_VIDEO | MIPI_DSI_MODE_VIDEO_BURST |
                      MIPI_DSI_MODE_LPM | MIPI_DSI_MODE_EOT_PACKET)>;
        dsi,format = <MIPI_DSI_FMT_RGB888>;
        dsi,lanes = <4>;

        pinctrl-names = "default";
        pinctrl-0 = <&mipi_power_en>;
        enable-gpios = <&gpio3 RK_PB6 GPIO_ACTIVE_HIGH>;

        panel-init-sequence = [
            05 64 01 11
            39 00 04 FF 98 81 03
            /* ... 更多初始化命令 ... */
        ];
    };
};

&dsi0_in_vp1 {
    status = "okay";
};

&route_dsi0 {
    status = "okay";
    connect = <&vp1_out_dsi0>;
};
  • compatible = "simple-panel-dsi" : 通用DSI面板驱动
  • dsi,lanes = <4> : 4通道数据传输
  • dsi,format = <MIPI_DSI_FMT_RGB888> : RGB888颜色格式
  • dsi,flags : DSI工作模式（视频模式、突发模式等）
  • enable-gpios : 面板使能GPIO控制
  • panel-init-sequence : 面板初始化命令序列
  • connect = <&vp1_out_dsi0> : 连接到VOP的VP1端口

3.3 EDP DTS 配置

&edp {
	status = "okay";
	force-hpd;

	ports {
		port@1 {
			reg = <1>;

			edp_out: endpoint {
				remote-endpoint = <&panel_in>;
			};
		};
	};
};

&route_edp {
	status = "okay";
	connect = <&vp1_out_edp>;
};

&edp_phy {
	status = "okay";
};

&edp_in_vp0 {
	status = "disabled";
};

&edp_in_vp1 {
	status = "okay";
};

&edp_panel {
	power-supply = <&vcc3v3_lcd0_n>;
};

&backlight {
	status = "okay";
	enable-gpios = <&gpio3 RK_PB5 GPIO_ACTIVE_HIGH>;
	pinctrl-names = "default";
	pinctrl-0 = <&backlight_en>;
};
  • 控制器启用 ： status = "okay" 启用eDP控制器
  • 热插拔检测 ： force-hpd 强制热插拔检测
  • 端口连接 ：通过 ports 节点定义输出端点，连接到面板输入
  • VOP路由 ： route_edp 配置连接到VOP1输出（ vp1_out_edp ）
  • 物理层 ：启用eDP PHY（ edp_phy ）
  • 输入端点 ：禁用VOP0输入（ edp_in_vp0 ），启用VOP1输入（ edp_in_vp1 ）
  • 电源管理 ：面板电源供应配置为 vcc3v3_lcd0_n
  • 背光控制 ：通过GPIO3_PB5控制背光使能

3.4 HDMI DTS 配置

&hdmi {
	status = "okay";
	rockchip,phy-table =
		<92812500  0x8009 0x0000 0x0270>,
		<165000000 0x800b 0x0000 0x026d>,
		<185625000 0x800b 0x0000 0x01ed>,
		<297000000 0x800b 0x0000 0x01ad>,
		<594000000 0x8029 0x0000 0x0088>,
		<000000000 0x0000 0x0000 0x0000>;
};

&hdmi_in_vp0 {
	status = "okay";
};

&hdmi_in_vp1 {
	status = "disabled";
};

&hdmi_sound {
	status = "okay";
};

&route_hdmi {
	status = "okay";
	connect = <&vp0_out_hdmi>;
};
  • 控制器启用 ： status = "okay" 启用HDMI控制器
  • PHY参数表 ： rockchip,phy-table 定义了不同频率下的PHY配置参数
    • 支持92.8MHz到594MHz的频率范围
    • 每行包含：频率、配置寄存器1、配置寄存器2、配置寄存器3
  • VOP路由 ：启用VOP0输入（ hdmi_in_vp0 ），禁用VOP1输入（ hdmi_in_vp1 ）
  • 音频支持 ：启用HDMI音频（ hdmi_sound ）
  • 路由配置 ： route_hdmi 连接到VOP0输出（ vp0_out_hdmi ）

3.5 切换屏幕显示方式

目前M4-R1支持MIPI0，EDP，HDMI，3种显示方式，默认显示为MIPI0+HDMI同显。

需要切换屏幕使用时，修改文件 out/kernel/src_tmp/linux-5.10/arch/arm64/boot/dts/rockchip/rk3568-toybrick-x0-linux.dts：

使用MIPI0：

/dts-v1/;
#include "rk3568.dtsi"
#include "rk3568-linux.dtsi"
#include "rk3568-toybrick-x0.dtsi"
#include "rk3568-toybrick-mipi-tx0-beiqicloud.dtsi"
//#include "rk3568-toybrick-mipi-tx1.dtsi"
//#include "rk3568-toybrick-edp.dtsi"

使用EDP：

/dts-v1/;
#include "rk3568.dtsi"
#include "rk3568-linux.dtsi"
#include "rk3568-toybrick-x0.dtsi"
//#include "rk3568-toybrick-mipi-tx0-beiqicloud.dtsi"
//#include "rk3568-toybrick-mipi-tx1.dtsi"
#include "rk3568-toybrick-edp.dtsi"