對國產板子有陰影這些軟硬體開源的ARM開發板可以學習Linux驅動

·MIPI DSI DCS初始化序列

通過PWM來實現MIPI螢幕的背光控制，使用GPIO完成顯示屏的復位、上電的控制。

在設備樹中定義MIPI DSI圖顯系統的聯結關係。

以RK3399為例，其提供了兩路MIPI DSI通道，分別是dsi@ff960000和dsi1: dsi@ff968000，代表MIPI DSI host。

2050 dsi: dsi@ff960000 {

2051 compatible = "rockchip,rk3399-mipi-dsi";

2052 reg = ;

...

2083 dsi1: dsi@ff968000 {

2084 compatible = "rockchip,rk3399-mipi-dsi";

2085 reg = ;

...

RK3399晶片使用了Synopsy的DPHY。控制器與DPHY之間的關係如下圖所示：

MIPI DSI設備樹結點中有一個信息同MIPI顯示密切相關，那就是時鐘信息。可以看出MIPI DSI需要三路時鐘，分別是ref、pclk、phy_cfg。

2050 dsi: dsi@ff960000 {

2051 compatible = "rockchip,rk3399-mipi-dsi";

...

2054 clocks = , ,

2055 ;

2056 clock-names = "ref", "pclk", "phy_cfg";

pclk是MIPI DSI host的APB時鐘，用於配置MIPI DSI host寄存器以及中斷等。ref和phy_cfg是MIPI DPHY所需時鐘。這兩路時鐘由MIPI DSI host提供。其中ref時鐘用於MIPI DPHY內部PLL產生主機側的串行發送時鐘。phy_cfg是在配置MIPI DPHY時使用。

4知識體系搭建

MIPI DSI同圖顯控制器vop之間在邏輯層面上的聯結關係如下：

# MIPI DSI Host

dsi_in_vopb: endpoint@0 {

reg = ;

remote-endpoint = ;

};

dsi_in_vopl: endpoint@1 {

reg = ;

remote-endpoint = ;

};

# VOP

vopb_out_dsi: endpoint@1 {

reg = ;

remote-endpoint = ;

};

vopb_out_dsi1: endpoint@4 {

reg = ;

remote-endpoint = ;

};

「後文所涉及到的代碼部分，均基於DRM架構實現」

2.關鍵數據結構

請注意以下幾個關鍵的數據結構，後文的MIPI DSI初始化以及MIPI顯示系統初始化均以它們為核心進行展開，包括各數據結構的例化工作和創建各數據結構之間的聯結關係。

「struct mipi_dsi_host」

struct mipi_dsi_host {

struct device *dev;

const struct mipi_dsi_host_ops *ops;

struct list_head list;

};

該數據結構由DRM MIPI DSI提供，用以描述MIPI DSI Host，包括Host的驅動設備、Host提供的功能函數(後文會介紹具體功能)，Host鍊表的設備註冊、管理。

「struct mipi_dsi_device」

struct mipi_dsi_device {

struct mipi_dsi_host *host;

struct device dev;

char name[DSI_DEV_NAME_SIZE];

unsigned int channel;

unsigned int lanes;

enum mipi_dsi_pixel_format format;

unsigned long mode_flags;

};

該數據結構由DRM MIPI DSI提供，用以描述DSI設備信息，主要包括DSI設備的lane數量(最多4lane)、像素格式(由Host決定，如RGB888、RGB565等)。

「struct mipi_dsi_host_ops」

struct mipi_dsi_host_ops {

int (*attach)(struct mipi_dsi_host *host,

struct mipi_dsi_device *dsi);

int (*detach)(struct mipi_dsi_host *host,

struct mipi_dsi_device *dsi);

ssize_t (*transfer)(struct mipi_dsi_host *host,

const struct mipi_dsi_msg *msg);

};

該數據結構由DRM MIPI DSI提供，用以描述DSI Host所能提供的功能函數，包括DSI Host和顯示屏之間創建聯結關係需要使用的attach、通過DSI Host配置顯示屏的transfer。

3. MIPI DSI軟體架構

基於DRM的圖顯系統中，MIPI DSI子系統主要由DSI CORE與PANEL CORE組成，二者內建連接關係後註冊到DRM CORE系統。

MIPI DSI軟體架構

在DRM架構下，提供了drm_mipi_dsi.c、drm_panel.c以及drm_bridge.c三個核心文件。用戶的MIPI DSI驅動以drm_mipi_dsi.c為核心進行代碼編寫，例如RK3399的MIPI驅動dw-mipi-dsi.c。各顯示屏廠商的驅動代碼基於後兩者進行編寫，例如較為廣泛使用的panel-simple.c。

4. MIPI圖顯系統初始化

從第一章內容來看，點亮MIPI DSI螢幕並能正常的顯示圖像，在DRM架構下需完成如下初始化工作：

.MIPI DSI Host初始化

.MIPI DSI D-PHY初始化

.MIPI DSI螢幕初始化

.構建MIPI DSI各模塊間的聯結關係

為了實現以上初始化工作，我們需要在設備樹DTS文件中約定各種初始化參數，包括各個模塊的功能參數以及各個模塊之間的聯結關係，在驅動代碼中配置各IP及外設硬體，並基於DRM架構註冊出各組件，從軟體層面勾勒出MIPI DSI的數據流路徑。

4.1 MIPI DSI初始化

RK3399使用數據結構struct dw_mipi_dsi描述MIPI DSI設備，該數據結構也是整個MIPI DSI圖顯系統的核心，囊括了系統中的各個組件。

struct dw_mipi_dsi {

struct drm_encoder encoder;

struct drm_connector connector;

struct drm_bridge *bridge;

struct device_node *client;

struct mipi_dsi_host dsi_host;

struct mipi_dphy dphy;

struct drm_panel *panel;

struct device *dev;

struct regmap *grf;

struct reset_control *rst;

struct regmap *regmap;

struct clk *pclk;

struct clk *h2p_clk;

int irq;

struct dw_mipi_dsi *master;

struct dw_mipi_dsi *slave;

struct mutex mutex;

bool prepared;

unsigned int id;

unsigned long mode_flags;

unsigned int lane_mbps; /* per lane */

u32 channel;

u32 lanes;

u32 format;

struct drm_display_mode mode;

const struct dw_mipi_dsi_plat_data *pdata;

};

「DRM架構相關」

基於DRM KMS架構的MIPI DSI圖顯系統也同樣遵循其設定的組件規則，MIPI Host屬於DRM encoder，D-PHY和PANEL部分屬於DRM connector。在實際使用過程種你可能發現這樣一個現象，就是電路板並沒有連接MIPI螢幕，但是DRM connector的連接狀態依然是connected，這是因為MIPI DSI無法真實的檢測到物理連接關係，通過軟體定義DRM connector和encoder之間的連接關係，當一切都初始化成功的時候，connector就處於connected狀態了。

struct drm_encoder encoder;

struct drm_connector connector;

struct drm_bridge *bridge;

struct drm_panel *panel;

「MIPI DSI主體」

這裡所說的主體主要包括MIPI DSI Host、D-PHY、bridge或pannel。不僅需要表示MIPI DSI圖顯系統的關鍵組成模塊，也需要定義彼此之間硬體與軟體層面的連接關係。

struct mipi_dsi_host dsi_host;

struct mipi_dphy dphy;

struct drm_bridge *bridge;

struct drm_panel *panel;

「MIPI DSI參數」

我們關心的MIPI DSI參數主要包括物理硬體定義、時鐘頻率、復位控制等。而物理硬體定義又包括lane數目、通道數、lane速率等。

unsigned long mode_flags;

unsigned int lane_mbps; /* per lane */

u32 channel;

u32 lanes;

u32 format;

「顯示參數」

MIPI DSI圖顯系統不像HDMI、VGA那樣可以通過EDID獲取到顯示參數，也同樣不支持熱插拔操作。其顯示參數如解析度均是在顯示屏初始化時註冊到drm_display_mode中，當我們將MIPI DSI註冊進DRM系統中的時候，直接解析drm_display_mode數據結構獲取顯示參數。

struct drm_display_mode mode;

const struct dw_mipi_dsi_plat_data *pdata;

介紹了MIPI DSI關鍵數據結構之後，接下來我們看看MIPI DSI的初始化流程是什麼樣的。

概況來講，MIPI DSI Host初始化包括兩部分內容：初始化MIPI DSI Host/D-PHY功能、構建MIPI DSI與D-PHY、顯示屏之間的聯結關係。關於Host/D-PHY的配置細節，因為每一家IP的實現不盡相同，故本篇文章不做具體分析。

初始化流程如下圖所示：

MIPI DSI初始化流程

「初始化流程解析」

同所有設備驅動一樣，在驅動代碼的開始處解析設備樹，這裡只需要解析MIPI DSI結點即可。SoC廠商會實現這部分設備樹的定義，我們只需要關心時鐘相關的選項即可。

MIPI DSI host和D-PHY之間的初始化存在天生的聯繫，可以基於通用phy代碼架構進行D-PHY初始化，也可以在Host代碼進行D-PHY初始化。

在整個的Host初始化流程中，非常關鍵的一步是注冊Host ops，其存在的意義是為panel或bridge提供Host控制的一種機制。例如panel通過.attach聯結Host，通過.transfer控制DSI Host發送螢幕初始化序列的DCS包。

基於DRM架構的MIPI DSI圖顯系統，必須注冊encoder和connector兩個組件，這屬於常規操作，同HDMI、VGA、LVDS等圖顯系統一樣。此處我們需要重點關注encoder的.enable，該函數會完成MIPI DSI Host、D-PHY的功能配置。如下圖所示：

Host與D-PHY功能初始化

以上所有Host、D-PHY相關初始化均成功之後，構建Host與panel(bridge)之間的聯結關係：

int drm_panel_attach(struct drm_panel *panel, struct drm_connector *connector)

{

if (panel->connector)

return -EBUSY;

panel->connector = connector;

panel->drm = connector->dev;

return 0;

}

4.2 PANEL初始化

本文只分析panel的初始化流程，對於bridge的初始化不做過多闡述。從原理上來講，二者區別不大。在嵌入式領域，使用最多的是panel類型的螢幕。基於DRM架構，有專門的panel驅動，如下所示：

rk@ubuntu:~/OK3399-linux-release/kernel$ ls drivers/gpu/drm/panel/

Makefile panel-samsung-ld9040.c panel-sharp-lq101r1sx01.c panel-simple.o

Kconfig panel-lg-lg4573.c panel-samsung-s6e8aa0.c panel-simple.c

對於大多數的MIPI DSI顯示屏，我們都可以基於panel-simple.c編寫代碼，在其中例化進我們的螢幕配置。當然，LCD、LVDS的panel驅動也在這個文件中，要按需編寫。

當我們拿到一塊MIPI DSI顯示屏之後，首先需要確定其硬體連接關係，查看是否需要通過GPIO控制上下電、確定螢幕參數配置方式、PWM背光調節等。

通過GPIO上下電的控制方式並不多見，若存在這種需求，則需要在設備樹中配置pinctrl子系統。

螢幕參數的配置方式比較靈活，在前面已經介紹過。

PWM背光調節功能是MIPI DSI螢幕的必備項，但這部分並不難，我們需要做的是掛載相應的PWM背光碟機動即可。

對於panel的初始化，其流程如下圖所示：

panel初始化流程

「初始化流程解析」初始化的第一步是解析MIPI DSI螢幕的參數，包括上電參數、背光控制、lane數量、圖顯時序參數等等。這個是需要我們自己在設備樹文件中補充定義的，根據自己手中的螢幕量身定製。

&dsi {

panel@0{

status = "okay";

compatible ="simple-panel-dsi";

reg = ;

backlight = ;

re-delay-ms = ;

...

dsi,flags =

MIPI_DSI_MODE_LPM | MIPI_DSI_MODE_EOT_PACKET)>;

dsi,format = ;

dsi,lanes = ;

display-timings {

native-mode = ;

timing1: timing1 {

clock-frequency = ;

...

pixelclk-active = ;

};

};

};

};

若需要通過MIPI DSI DCS配置螢幕，則還需要定義init-sequence初始化序列，通過DCS配置螢幕時，需要註冊出panel prepare函數，當MIPI DSI Host使能時回調到它，然通過MIPI DSI host的.transfer完成DCS數據的發送。例如panel_simple_prepare()函數：

static int panel_simple_prepare(struct drm_panel *panel)

{

struct panel_simple *p = to_panel_simple(panel);

int err;

...

if (p->on_cmds) {

if (p->dsi)

err = panel_simple_dsi_send_cmds(p, p->on_cmds);

else if (p->cmd_type == CMD_TYPE_SPI)

err = panel_simple_spi_send_cmds(p, p->on_cmds);

if (err)

dev_err(p->dev, "failed to send on cmds\n");

}

...

}

通過panel_simple_dsi_send_cmds()調用DCS發送函數：

static int panel_simple_dsi_send_cmds(struct panel_simple *panel,

struct panel_cmds *cmds)

{

...

switch (cmd->dchdr.dtype) {

case MIPI_DSI_GENERIC_SHORT_WRITE_0_PARAM:

case MIPI_DSI_GENERIC_SHORT_WRITE_1_PARAM:

case MIPI_DSI_GENERIC_SHORT_WRITE_2_PARAM:

case MIPI_DSI_GENERIC_LONG_WRITE:

err = mipi_dsi_generic_write(dsi, cmd->payload,

cmd->dchdr.dlen);

break;

case MIPI_DSI_DCS_SHORT_WRITE:

case MIPI_DSI_DCS_SHORT_WRITE_PARAM:

case MIPI_DSI_DCS_LONG_WRITE:

err = mipi_dsi_dcs_write_buffer(dsi, cmd->payload,

cmd->dchdr.dlen);

break;

default:

return -EINVAL;

}

...

return 0;

}

最後調用到MIPI DSI Host的ops函數：

static ssize_t mipi_dsi_device_transfer(struct mipi_dsi_device *dsi,

struct mipi_dsi_msg *msg)

{

const struct mipi_dsi_host_ops *ops = dsi->host->ops;

if (!ops || !ops->transfer)

return -ENOSYS;

if (dsi->mode_flags & MIPI_DSI_MODE_LPM)

msg->flags |= MIPI_DSI_MSG_USE_LPM;

return ops->transfer(dsi->host, msg);

}

當以上具體的配置工作正常結束之後，更新panel-list鍊表以使得DRM架構下可以找到對應的panel組件。