序與同步：VBLANK同步機(jī)制、多屏幀同步、TE信號(hào)處理)
14.1 VBLANK同步機(jī)制VBLANK全稱Vertical Blanking Interval說(shuō)白了就是顯示器從底部掃到頂部的那段“空閑時(shí)間”。為什么要有VBLANK因?yàn)镃RT時(shí)代電子槍需要時(shí)間回到左上角。到了LCD時(shí)代這個(gè)機(jī)制保留了下來(lái)但作用變了——它成了我們更新幀緩沖區(qū)的安全窗口。核心原則永遠(yuǎn)在VBLANK期間更新幀緩沖區(qū)。否則你就是在“搶跑”畫面撕裂是必然的。在MTK8678上VBLANK的配置主要涉及以下幾個(gè)寄存器寄存器作用典型值DISP_VBLANK_STARTVBLANK起始行10801080p屏DISP_VBLANK_ENDVBLANK結(jié)束行1125DISP_VBLANK_INT中斷觸發(fā)位置VBLANK起始我個(gè)人習(xí)慣把VBLANK中斷配置在起始位置這樣有最充裕的時(shí)間做緩沖區(qū)切換。代碼示例如下// MTK8678 VBLANK中斷配置 void vblank_init(struct disp_device *dev) { // 設(shè)置VBLANK起始行 writel(dev-vactive, dev-base DISP_VBLANK_START); // 設(shè)置VBLANK結(jié)束行垂直總行數(shù) writel(dev-vtotal, dev-base DISP_VBLANK_END); // 使能VBLANK中斷 writel(1, dev-base DISP_VBLANK_INT_EN); // 注冊(cè)中斷處理函數(shù) request_irq(dev-irq_vblank, vblank_handler, IRQF_SHARED, vblank, dev); } static irqreturn_t vblank_handler(int irq, void *data) { struct disp_device *dev data; // 清除中斷標(biāo)志 writel(1, dev-base DISP_VBLANK_CLR); // 觸發(fā)幀緩沖區(qū)切換 if (dev-pending_switch) { switch_framebuffer(dev); dev-pending_switch false; } // 喚醒等待VBLANK的進(jìn)程 wake_up(dev-vblank_wait); return IRQ_HANDLED; }小技巧VBLANK中斷處理函數(shù)里不要做耗時(shí)操作。我曾經(jīng)把圖像處理邏輯放在里面結(jié)果導(dǎo)致中斷延遲反而引發(fā)了更嚴(yán)重的撕裂。記住中斷里只做標(biāo)志位切換和喚醒真正的渲染工作交給其他線程。14.2 多屏幀同步多屏顯示時(shí)最頭疼的問(wèn)題就是幀不同步。兩個(gè)屏幕各自跑自己的VBLANK畫面切換節(jié)奏不一致用戶體驗(yàn)極差。MTK8678支持兩種多屏同步模式主從模式Master-Slave一個(gè)屏幕做主時(shí)鐘其他屏幕跟隨。我推薦這種方式實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單穩(wěn)定性高。自由運(yùn)行模式Free-Run各屏幕獨(dú)立運(yùn)行通過(guò)軟件同步。嗯這個(gè)我踩過(guò)坑后面細(xì)說(shuō)。主從模式的配置其實(shí)不復(fù)雜// 主屏配置 void master_screen_config(struct disp_device *master) { // 輸出同步信號(hào) writel(1, master-base DISP_SYNC_OUT_EN); // 設(shè)置同步信號(hào)極性 writel(DISP_SYNC_POLARITY_POS, master-base DISP_SYNC_POL); } // 從屏配置 void slave_screen_config(struct disp_device *slave) { // 接收外部同步信號(hào) writel(1, slave-base DISP_SYNC_IN_EN); // 設(shè)置為從模式 writel(DISP_MODE_SLAVE, slave-base DISP_MODE_CTRL); }自由運(yùn)行模式呢說(shuō)白了就是各跑各的然后軟件層面做對(duì)齊。我曾在某個(gè)項(xiàng)目中用過(guò)這種方式結(jié)果發(fā)現(xiàn)兩個(gè)屏幕的幀率差了0.1Hz運(yùn)行半小時(shí)后偏差累積到一幀以上。解決辦法是每隔N幀做一次強(qiáng)制同步// 自由運(yùn)行模式下的周期性同步 void free_run_sync(struct disp_device *devs[], int count) { static int frame_count 0; frame_count; // 每60幀做一次同步 if (frame_count 60) { frame_count 0; // 等待所有屏幕進(jìn)入VBLANK for (int i 0; i count; i) { wait_event(devs[i]-vblank_wait, devs[i]-in_vblank); } // 同時(shí)觸發(fā)緩沖區(qū)切換 for (int i 0; i count; i) { devs[i]-pending_switch true; } } }注意自由運(yùn)行模式下如果兩個(gè)屏幕的刷新率差異較大比如一個(gè)60Hz一個(gè)30Hz強(qiáng)制同步可能會(huì)導(dǎo)致從屏丟幀。我曾經(jīng)遇到過(guò)這種情況最后不得不改成主從模式才解決。14.3 TETearing Effect信號(hào)處理TE信號(hào)說(shuō)白了就是屏幕告訴驅(qū)動(dòng)芯片“我現(xiàn)在可以安全更新數(shù)據(jù)了”。這個(gè)信號(hào)通常由顯示面板的時(shí)序控制器TCON產(chǎn)生。MTK8678的DSI接口支持硬件TE檢測(cè)配置起來(lái)很方便// TE信號(hào)配置 void te_init(struct mipi_dsi_device *dsi) { // 使能TE檢測(cè) writel(1, dsi-base DSI_TE_EN); // 設(shè)置TE信號(hào)極性上升沿觸發(fā) writel(DSI_TE_POL_RISING, dsi-base DSI_TE_POL); // 設(shè)置TE超時(shí)時(shí)間防止TE信號(hào)丟失導(dǎo)致死等 writel(1000, dsi-base DSI_TE_TIMEOUT); // 1ms超時(shí) } // 等待TE信號(hào) int wait_for_te(struct mipi_dsi_device *dsi) { unsigned long timeout jiffies msecs_to_jiffies(5); while (!(readl(dsi-base DSI_TE_STATUS) DSI_TE_DETECTED)) { if (time_after(jiffies, timeout)) { pr_err(TE信號(hào)超時(shí)\n); return -ETIMEDOUT; } cpu_relax(); } // 清除TE狀態(tài) writel(DSI_TE_DETECTED, dsi-base DSI_TE_CLR); return 0; }這里有個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)TE信號(hào)和VBLANK是什么關(guān)系說(shuō)白了VBLANK是顯示控制器層面的概念TE是面板層面的概念。VBLANK告訴驅(qū)動(dòng)“控制器空閑了”TE告訴驅(qū)動(dòng)“面板準(zhǔn)備好了”。兩者必須配合使用先等VBLANK確?？刂破鞑辉趥鬏敂?shù)據(jù)再等TE確保面板可以接收新數(shù)據(jù)最后更新幀緩沖區(qū)實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)我在調(diào)試某款國(guó)產(chǎn)面板時(shí)發(fā)現(xiàn)它的TE信號(hào)有時(shí)會(huì)丟失。排查了半天原來(lái)是面板的TCON芯片有bug在低溫環(huán)境下TE信號(hào)不穩(wěn)定。解決辦法是增加了TE超時(shí)重試機(jī)制超時(shí)后直接跳過(guò)TE等待用VBLANK作為后備同步信號(hào)。14.4 避坑指南做顯示同步這么多年我總結(jié)了幾條血淚教訓(xùn)不要迷信硬件同步硬件TE和VBLANK機(jī)制再完善也架不住驅(qū)動(dòng)寫得爛。我曾經(jīng)見(jiàn)過(guò)一個(gè)項(xiàng)目硬件同步配置完全正確但驅(qū)動(dòng)里在中斷上下文做了內(nèi)存分配導(dǎo)致中斷延遲畫面照樣撕裂。多屏同步要考慮線纜延遲兩個(gè)屏幕用不同長(zhǎng)度的排線同步信號(hào)到達(dá)時(shí)間可能差幾個(gè)微秒。我建議在硬件設(shè)計(jì)時(shí)就做等長(zhǎng)布線否則軟件上要加延遲補(bǔ)償。TE超時(shí)處理要優(yōu)雅不要一超時(shí)就panic。我習(xí)慣的做法是第一次超時(shí)重試第二次超時(shí)用VBLANK替代連續(xù)三次超時(shí)才報(bào)錯(cuò)。幀率匹配很重要多屏顯示時(shí)盡量讓所有屏幕的刷新率一致。如果實(shí)在不一致主屏選刷新率最高的那個(gè)從屏做幀率轉(zhuǎn)換。最后說(shuō)一句顯示同步這東西理論看起來(lái)簡(jiǎn)單實(shí)際調(diào)試時(shí)各種妖魔鬼怪都會(huì)出現(xiàn)。我的建議是——先把單屏的VBLANK和TE調(diào)通再搞多屏同步。一步一個(gè)腳印穩(wěn)扎穩(wěn)打。好了這章的內(nèi)容就到這里。下一章我們會(huì)講MTK8678的顯示內(nèi)存管理包括DMA、帶寬優(yōu)化和內(nèi)存壓縮技術(shù)。到時(shí)候見(jiàn) 14、顯示時(shí)序與同步：VBLANK同步機(jī)制、多屏幀同步、TE信號(hào)處理
14.1 VBLANK同步機(jī)制VBLANK全稱Vertical Blanking Interval說(shuō)白了就是顯示器從底部掃到頂部的那段“空閑時(shí)間”。為什么要有VBLANK因?yàn)镃RT時(shí)代電子槍需要時(shí)間回到左上角。到了LCD時(shí)代這個(gè)機(jī)制保留了下來(lái)但作用變了——它成了我們更新幀緩沖區(qū)的安全窗口。核心原則永遠(yuǎn)在VBLANK期間更新幀緩沖區(qū)。否則你就是在“搶跑”畫面撕裂是必然的。在MTK8678上VBLANK的配置主要涉及以下幾個(gè)寄存器寄存器作用典型值DISP_VBLANK_STARTVBLANK起始行10801080p屏DISP_VBLANK_ENDVBLANK結(jié)束行1125DISP_VBLANK_INT中斷觸發(fā)位置VBLANK起始我個(gè)人習(xí)慣把VBLANK中斷配置在起始位置這樣有最充裕的時(shí)間做緩沖區(qū)切換。代碼示例如下// MTK8678 VBLANK中斷配置 void vblank_init(struct disp_device *dev) { // 設(shè)置VBLANK起始行 writel(dev-vactive, dev-base DISP_VBLANK_START); // 設(shè)置VBLANK結(jié)束行垂直總行數(shù) writel(dev-vtotal, dev-base DISP_VBLANK_END); // 使能VBLANK中斷 writel(1, dev-base DISP_VBLANK_INT_EN); // 注冊(cè)中斷處理函數(shù) request_irq(dev-irq_vblank, vblank_handler, IRQF_SHARED, vblank, dev); } static irqreturn_t vblank_handler(int irq, void *data) { struct disp_device *dev data; // 清除中斷標(biāo)志 writel(1, dev-base DISP_VBLANK_CLR); // 觸發(fā)幀緩沖區(qū)切換 if (dev-pending_switch) { switch_framebuffer(dev); dev-pending_switch false; } // 喚醒等待VBLANK的進(jìn)程 wake_up(dev-vblank_wait); return IRQ_HANDLED; }小技巧VBLANK中斷處理函數(shù)里不要做耗時(shí)操作。我曾經(jīng)把圖像處理邏輯放在里面結(jié)果導(dǎo)致中斷延遲反而引發(fā)了更嚴(yán)重的撕裂。記住中斷里只做標(biāo)志位切換和喚醒真正的渲染工作交給其他線程。14.2 多屏幀同步多屏顯示時(shí)最頭疼的問(wèn)題就是幀不同步。兩個(gè)屏幕各自跑自己的VBLANK畫面切換節(jié)奏不一致用戶體驗(yàn)極差。MTK8678支持兩種多屏同步模式主從模式Master-Slave一個(gè)屏幕做主時(shí)鐘其他屏幕跟隨。我推薦這種方式實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單穩(wěn)定性高。自由運(yùn)行模式Free-Run各屏幕獨(dú)立運(yùn)行通過(guò)軟件同步。嗯這個(gè)我踩過(guò)坑后面細(xì)說(shuō)。主從模式的配置其實(shí)不復(fù)雜// 主屏配置 void master_screen_config(struct disp_device *master) { // 輸出同步信號(hào) writel(1, master-base DISP_SYNC_OUT_EN); // 設(shè)置同步信號(hào)極性 writel(DISP_SYNC_POLARITY_POS, master-base DISP_SYNC_POL); } // 從屏配置 void slave_screen_config(struct disp_device *slave) { // 接收外部同步信號(hào) writel(1, slave-base DISP_SYNC_IN_EN); // 設(shè)置為從模式 writel(DISP_MODE_SLAVE, slave-base DISP_MODE_CTRL); }自由運(yùn)行模式呢說(shuō)白了就是各跑各的然后軟件層面做對(duì)齊。我曾在某個(gè)項(xiàng)目中用過(guò)這種方式結(jié)果發(fā)現(xiàn)兩個(gè)屏幕的幀率差了0.1Hz運(yùn)行半小時(shí)后偏差累積到一幀以上。解決辦法是每隔N幀做一次強(qiáng)制同步// 自由運(yùn)行模式下的周期性同步 void free_run_sync(struct disp_device *devs[], int count) { static int frame_count 0; frame_count; // 每60幀做一次同步 if (frame_count 60) { frame_count 0; // 等待所有屏幕進(jìn)入VBLANK for (int i 0; i count; i) { wait_event(devs[i]-vblank_wait, devs[i]-in_vblank); } // 同時(shí)觸發(fā)緩沖區(qū)切換 for (int i 0; i count; i) { devs[i]-pending_switch true; } } }注意自由運(yùn)行模式下如果兩個(gè)屏幕的刷新率差異較大比如一個(gè)60Hz一個(gè)30Hz強(qiáng)制同步可能會(huì)導(dǎo)致從屏丟幀。我曾經(jīng)遇到過(guò)這種情況最后不得不改成主從模式才解決。14.3 TETearing Effect信號(hào)處理TE信號(hào)說(shuō)白了就是屏幕告訴驅(qū)動(dòng)芯片“我現(xiàn)在可以安全更新數(shù)據(jù)了”。這個(gè)信號(hào)通常由顯示面板的時(shí)序控制器TCON產(chǎn)生。MTK8678的DSI接口支持硬件TE檢測(cè)配置起來(lái)很方便// TE信號(hào)配置 void te_init(struct mipi_dsi_device *dsi) { // 使能TE檢測(cè) writel(1, dsi-base DSI_TE_EN); // 設(shè)置TE信號(hào)極性上升沿觸發(fā) writel(DSI_TE_POL_RISING, dsi-base DSI_TE_POL); // 設(shè)置TE超時(shí)時(shí)間防止TE信號(hào)丟失導(dǎo)致死等 writel(1000, dsi-base DSI_TE_TIMEOUT); // 1ms超時(shí) } // 等待TE信號(hào) int wait_for_te(struct mipi_dsi_device *dsi) { unsigned long timeout jiffies msecs_to_jiffies(5); while (!(readl(dsi-base DSI_TE_STATUS) DSI_TE_DETECTED)) { if (time_after(jiffies, timeout)) { pr_err(TE信號(hào)超時(shí)\n); return -ETIMEDOUT; } cpu_relax(); } // 清除TE狀態(tài) writel(DSI_TE_DETECTED, dsi-base DSI_TE_CLR); return 0; }這里有個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)TE信號(hào)和VBLANK是什么關(guān)系說(shuō)白了VBLANK是顯示控制器層面的概念TE是面板層面的概念。VBLANK告訴驅(qū)動(dòng)“控制器空閑了”TE告訴驅(qū)動(dòng)“面板準(zhǔn)備好了”。兩者必須配合使用先等VBLANK確?？刂破鞑辉趥鬏敂?shù)據(jù)再等TE確保面板可以接收新數(shù)據(jù)最后更新幀緩沖區(qū)實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)我在調(diào)試某款國(guó)產(chǎn)面板時(shí)發(fā)現(xiàn)它的TE信號(hào)有時(shí)會(huì)丟失。排查了半天原來(lái)是面板的TCON芯片有bug在低溫環(huán)境下TE信號(hào)不穩(wěn)定。解決辦法是增加了TE超時(shí)重試機(jī)制超時(shí)后直接跳過(guò)TE等待用VBLANK作為后備同步信號(hào)。14.4 避坑指南做顯示同步這么多年我總結(jié)了幾條血淚教訓(xùn)不要迷信硬件同步硬件TE和VBLANK機(jī)制再完善也架不住驅(qū)動(dòng)寫得爛。我曾經(jīng)見(jiàn)過(guò)一個(gè)項(xiàng)目硬件同步配置完全正確但驅(qū)動(dòng)里在中斷上下文做了內(nèi)存分配導(dǎo)致中斷延遲畫面照樣撕裂。多屏同步要考慮線纜延遲兩個(gè)屏幕用不同長(zhǎng)度的排線同步信號(hào)到達(dá)時(shí)間可能差幾個(gè)微秒。我建議在硬件設(shè)計(jì)時(shí)就做等長(zhǎng)布線否則軟件上要加延遲補(bǔ)償。TE超時(shí)處理要優(yōu)雅不要一超時(shí)就panic。我習(xí)慣的做法是第一次超時(shí)重試第二次超時(shí)用VBLANK替代連續(xù)三次超時(shí)才報(bào)錯(cuò)。幀率匹配很重要多屏顯示時(shí)盡量讓所有屏幕的刷新率一致。如果實(shí)在不一致主屏選刷新率最高的那個(gè)從屏做幀率轉(zhuǎn)換。最后說(shuō)一句顯示同步這東西理論看起來(lái)簡(jiǎn)單實(shí)際調(diào)試時(shí)各種妖魔鬼怪都會(huì)出現(xiàn)。我的建議是——先把單屏的VBLANK和TE調(diào)通再搞多屏同步。一步一個(gè)腳印穩(wěn)扎穩(wěn)打。好了這章的內(nèi)容就到這里。下一章我們會(huì)講MTK8678的顯示內(nèi)存管理包括DMA、帶寬優(yōu)化和內(nèi)存壓縮技術(shù)。到時(shí)候見(jiàn)