Руководство дисплея Rockchip RT-Thread: VOP, панели, частичное обновление и Color Key

Полный технический текст китайского RK-KF-YF-105 V1.4.0. Версии платформ приведены ниже. Это руководство драйвера RT-Thread, а не настройки Linux DRM. Для ArmSoM проверьте SoC, RT-Thread BSP/HAL, VOP, интерфейс, модель панели, временные параметры и питание. Конкретная комбинация платы не подтверждена: платформенный справочник, не поддержка всех плат. Английского PDF нет; четыре языка используют 16 технических рисунков китайского источника, а таблицы и код со снимков также перенесены в редактируемый текст. Аппаратная проверка примеров не выполнялась.

Сохранены проблемы источника: путь VOP указан как dsp/rockchip-common/..., остальные — bsp. Порядок умножения на рисунке матрицы и отдельные значения фиксированной точки (0.0691 → 0x05, 0.0880 → 0x08) не соответствуют заявленному умножению на 0x80; значения не изменены. В 6.4 hsync/vsync названы porch, на рисунке pulse; единицы MIPI оставлены Mbps. Таблицы структур раздела 4 не содержат все поля примеров раздела 7. Массивы инициализации на снимках — фрагменты; окончания и команды не выдуманы. Написание YUVY422 сохранено. Перед применением сверяйте HAL, регистры и спецификацию панели.

ArmSoM Docs · RT-Thread

1. Обзор

Драйвер дисплея Rockchip RT-Thread регистрирует LCD-драйвер в ОС через модель IO-устройств RT-Thread и поддерживает GUI, например LittlevGL. Для использования возможностей оборудования расширены интерфейсы: многослойная композиция, цветовые эффекты, последующее масштабирование и MIPI switch.

1.1 Основные понятия

CRTC: абстракция контроллера дисплея — модуля VOP SoC (в части документов LCDC).

Plane: абстракция слоя win внутри VOP/LCDC.

Encoder/Connector: программная абстракция выходов RGB, LVDS, DSI, eDP, HDMI и других.

Panel: абстракция устройств отображения LCD, HDMI и прочих.

1.2 Тракт отображения

RK2108

Тракт дисплея RK2108

Для других платформ см. описание тракта в Rockchip_Developer_Guide_DRM_Display_Driver_CN.

2. Программная архитектура

Программная архитектура дисплея

2.1 Файлы уровня Driver

2.2 Файлы уровня HAL

3. Основные интерфейсы

GUI-приложения RT-Thread взаимодействуют с драйвером через операции control, аналогичные Linux IOCTL. Расширенные операции:

4. Основные структуры данных

4.1 struct display_state

Центральная структура драйвера включает структуры device и graphic_info RTT, а также абстракции оборудования Rockchip.

4.2 struct crtc_state

Описывает модуль VOP процессора Rockchip; основные поля:

4.3 struct CRTC_WIN_STATE

Описывает слой WIN модуля VOP Rockchip:

4.4 struct VOP_POST_SCALE_INFO

Описывает последующее масштабирование в VOP Rockchip:

4.5 struct VOP_BCSH_INFO

Описывает выходной блок BCSH VOP:

4.6 struct VOP_COLOR_MATRIX_INFO

Описывает выходную цветовую матрицу VOP:

Исходная цветовая матрица

[csc_out0]   [csc_in0]   [coe00 coe01 coe02]   [offset0]
[csc_out1] = [csc_in1] X [coe10 coe11 coe12] + [offset1]
[csc_out2]   [csc_in2]   [coe20 coe21 coe22]   [offset2]

Пример: матрица преобразования bt709tobt2020:

{0.6274, 0.3293, 0.0433},
{0.0691, 0.9195, 0.0114},
{0.0164, 0.0880, 0.8956}

После перевода в фиксированную точку с 0x80 (bit7 — знак):

coe00 = 0.6274 * 0x80  = 0x50
coe01 = 0.3293 * 0x80  = 0x2a
coe02 = 0.0433 * 0x80  = 0x05

Аналогично источник приводит:

colorMatrixCoe[3][3] = {
    {0x50, 0x2a, 0x05},
    {0x05, 0x75, 0x02},
    {0x02, 0x08, 0x72}
};

4.7 struct VOP_POST_CLIP_INFO

Описывает выходной блок clip VOP:

5. Требования к выравниванию

5.1 Выравнивание данных

RK2108

Выравнивание данных RK2108

5.2 Выравнивание панели

Некоторые панели требуют выравнивания. У S6E3HC2 при 1440x3120 размер среза DSC — 720x65: положение частичного обновления выравнивается по 720x65, размер области — по 720x195. При 720x1560 срез равен 360x52: положение выравнивается по 360x52, размер — по 360x390.

6. Настройка панели

6.1 Выбор поддерживаемой панели

Выберите конфигурацию панели через меню:

cd bsp/rockchip-pisces
    scons --menuconfig
        RT-Thread rockchip common drivers  --->
            Panel Type (R17 SS mipi panel, resolution is 1080x2340)  --->

6.2 Добавление новой панели

1. Перейдите в каталог: cd bsp/rockchip-common/drivers/panel_cfg.

2. Скопируйте имеющийся .h в new_panel.h и измените параметры по разделу 6.4 и спецификации панели.

3. Вернитесь командой cd ../ в bsp/rockchip-common/drivers/.

4. Откройте Kconfig, найдите “Panel Type” и определите RT_USING_PANEL_NEW_PANEL по примеру config RT_USING_PANEL.

Новая панель в Kconfig

--- a/bsp/rockchip-common/drivers/Kconfig
+++ b/bsp/rockchip-common/drivers/Kconfig
@@ -58,6 +58,9 @@ choice

     config RT_USING_PANEL_S6E3HC2_X4
        bool "S6E3HC2_X4 mipi panel, resolution is 720x1560"
+
+    config RT_USING_PANEL_NEW_PANEL
+       bool "It's a new panel demo, resolution is wxh"
 endchoice

6.3 Типовая временная диаграмма развёртки

Временная диаграмма развёртки

6.4 Параметры панели

6.5 Команды инициализации панели

1. Пример MIPI DSI CMD:

Фрагмент команд инициализации

struct rockchip_cmd cmd_on[] =
{
    /* sleep out */
    {0x05, 0x05, 0x01, {0x11}},
    /* FD Setting */
    {0x29, 0x00, 0x03, {0xf0, 0x5a, 0x5a}},
    {0x23, 0x00, 0x02, {0xb0, 0x01}},
    {0x23, 0x00, 0x02, {0xcd, 0x01}},
    {0x29, 0x14, 0x03, {0xf0, 0xa5, 0xa5}},
    /* 4. Common Setting */
    /* 4.1 TE(Vync) ON/OFF */
    {0x29, 0x00, 0x03, {0x9f, 0xa5, 0xa5}},
    {0x15, 0x00, 0x02, {0x35, 0x00}},
    {0x29, 0x00, 0x03, {0x9f, 0x5a, 0x5a}},

Первые три шестнадцатеричных байта — Data Type, Delay и Payload Length. Начиная с четвёртого байта идёт полезная нагрузка длиной Payload Length.

1. Разбор первой команды:

Первая команда инициализации

/* sleep out */
{0x05, 0x05, 0x01, {0x11}},

Data Type: 0x05 (DCS Short Write)

Delay: 0x05 (5 ms)

Payload Length: 0x01 (1 байт)

Payload: 0x11

1. Разбор второй команды:

Вторая команда инициализации

/* FD Setting */
{0x29, 0x00, 0x03, {0xf0, 0x5a, 0x5a}},

Data Type: 0x29 (Generic Long Write)

Delay: 0x00 (0 ms)

Payload Length: 0x03 (3 байта)

Payload: 0xf0 0x5a 0x5a

1. Определения Data Type

Типы пакетов от процессора

Продолжение типов пакетов

1. DCS Write

Типы DCS Write

Пакет DCS содержит байт команды и n байтов параметров. При n < 2 используется Short Packet: n=0 — только команда, Data Type 0x05; n=1 — один параметр, Data Type 0x15. При n >= 2 используется Long Packet с командой и n параметрами, Data Type 0x39.

1. Generic Write

Типы Generic Write

Generic Packet содержит n байтов параметров. При n < 3 используется Short Packet: n=0 — без параметров, Data Type 0x03; n=1 — один параметр, 0x13; n=2 — два параметра, 0x23. При n >= 3 используется Long Packet с n параметрами, Data Type 0x29.

1. Delay — задержка в ms после текущего пакета перед следующей командой.

2. Payload Length — длина полезной нагрузки пакета.

3. Payload — полезные данные длиной Payload Length.

4. Пример

Регулировка яркости и команды

/* 5.1 Dimming Setting */
{0x29, 0x00, 0x03, {0xf0, 0x5a, 0x5a}},
{0x23, 0x00, 0x02, {0xb0, 0x07}},
{0x23, 0x00, 0x02, {0xb7, 0x01}},
{0x29, 0x00, 0x03, {0xf0, 0xa5, 0xa5}},
{0x15, 0x00, 0x02, {0x53, 0x28}},
{0x39, 0x00, 0x03, {0x51, 0x03, 0xff}},

7. Инструмент display_test

display_test применим только к RK2108. На других платформах для проверки дисплея используется описанный ниже modetest.

7.1 Поддерживаемые тесты

Команда:

display_test cmd
dsc; winloop; winmove; winalpha; scale; coe;  bcsh; gamma; clip; mipi_switch;
ebook; color_bar

7.2 Порядок работы демо

1. Найдите устройство LCD.

g_display_dev = rt_device_find("lcd");
RT_ASSERT(g_display_dev != RT_NULL);

1. Откройте LCD.

ret = rt_device_open(g_display_dev, RT_DEVICE_FLAG_RDWR);
RT_ASSERT(ret == RT_EOK);

1. Включите LCD.

ret = rt_device_control(g_display_dev, RK_DISPLAY_CTRL_ENABLE, NULL);
RT_ASSERT(ret == RT_EOK);

1. Получите информацию о панели.

ret = rt_device_control(g_display_dev, RTGRAPHIC_CTRL_GET_INFO, (void *)graphic_info);
RT_ASSERT(ret == RT_EOK);

1. Инициализируйте win_config и post_scale. Инициализация win_config:

static void display_win_init(struct CRTC_WIN_STATE *win_config)
{
    win_config->winEn = true;
    win_config->winId = 0;
    win_config->zpos  = 0;
    win_config->format   = SRC_DATA_FMT;
    win_config->yrgbAddr = (uint32_t)rtt_framebuffer_test;
    win_config->cbcrAddr = (uint32_t)rtt_framebuffer_uv;
    win_config->yrgbLength = 0;
    win_config->cbcrLength = 0;
    win_config->xVir = SRC_DATA_W;
    win_config->srcX = 0;
    win_config->srcY = 0;
    win_config->srcW = SRC_DATA_W;
    win_config->srcH = SRC_DATA_H;
    win_config->crtcX = 0;
    win_config->crtcY = 0;
    win_config->crtcW = SRC_DATA_W;
    win_config->crtcH = SRC_DATA_H;
    win_config->xLoopOffset = 0;
    win_config->yLoopOffset = 0;
}

Инициализация post_scale для полного экрана без масштабирования:

static void display_post_init(struct CRTC_WIN_STATE *win_config,
                              struct VOP_POST_SCALE_INFO *post_scale,
                              struct rt_device_graphic_info *graphic_info)
{
    post_scale->srcW = graphic_info->width;
    post_scale->srcH = graphic_info->height;
    post_scale->dstX = 0;
    post_scale->dstY = 0;
    post_scale->dstW = graphic_info->width;
    post_scale->dstH = graphic_info->height;
}

Инициализация post_scale для частичного обновления с увеличением 2x по горизонтали и вертикали:

static void display_post_init(struct CRTC_WIN_STATE *win_config,
                              struct VOP_POST_SCALE_INFO *post_scale,
                              struct rt_device_graphic_info *graphic_info)
{
    post_scale->srcW = graphic_info->width / 2;
    post_scale->srcH = win_config->srcH;
    post_scale->dstX = 0;
    post_scale->dstY = 0;
    post_scale->dstW = graphic_info->width;
    post_scale->dstH = win_config->srcH * 2;
}

1. Загрузите палитру LUT для bpp; для других форматов пропустите.

ret = rt_device_control(g_display_dev, RK_DISPLAY_CTRL_LOAD_LUT, &lut_state);
RT_ASSERT(ret == RT_EOK);

1. Настройте post_scale: размер данных до масштабирования и отображения после него.

ret = rt_device_control(g_display_dev, RK_DISPLAY_CTRL_SET_SCALE, post_scale);
RT_ASSERT(ret == RT_EOK);

1. Настройте сведения о слое win_config.

ret = rt_device_control(g_display_dev, RK_DISPLAY_CTRL_SET_PLANE, win_config);
RT_ASSERT(ret == RT_EOK);

1. Примените отображение.

ret = rt_device_control(g_display_dev, RK_DISPLAY_CTRL_COMMIT, NULL);
RT_ASSERT(ret == RT_EOK);

Для одного кадра выполните шаги 1–9. Для нескольких меняйте win_config и post_scale и повторяйте 7, 8, 9.

7.3 Координаты частичного обновления

1. Пример для панелей с частичным обновлением по X и Y.

Координаты обновления XY

Красная область — win0 в (X0,Y0), размер (W0,H0). Настройка:

win_config->winId = 0;
win_config->winEn = 1;
……
win_config->srcX = X0;
win_config->srcY = Y0;
win_config->srcW = W0;
win_config->srcH = H0;

Зелёная область — win1 в (X1,Y1), размер (W1,H1). Настройка:

win_config->winId = 1;
win_config->winEn = 1;
……
win_config->srcX = X1;
win_config->srcY = Y1;
win_config->srcW = W1;
win_config->srcH = H1;

Настройка последующего масштабирования:

post_scale->srcW = W1;
post_scale->srcH = H2;
post_scale->dstX = X1;
post_scale->dstY = Y0;
post_scale->dstW = W1;
post_scale->dstH = H2;

В коде сначала настройте последующее масштабирование:

ret = rt_device_control(g_display_dev, RK_DISPLAY_CTRL_SET_SCALE, post_scale);
RT_ASSERT(ret == RT_EOK);

Затем настройте WIN0 и WIN1:

ret = rt_device_control(g_display_dev, RK_DISPLAY_CTRL_SET_PLANE, win_config);
RT_ASSERT(ret == RT_EOK);

Наконец примените отображение:

ret = rt_device_control(g_display_dev, RK_DISPLAY_CTRL_COMMIT, NULL);
RT_ASSERT(ret == RT_EOK);

1. Пример обновления только по Y, без поддержки X.

Координаты обновления только Y

Красная область — win0 в (X0,Y0), размер (W0,H0). Настройка:

win_config->winId = 0;
win_config->winEn = 1;
……
win_config->srcX = X0;
win_config->srcY = Y0;
win_config->srcW = W0;
win_config->srcH = H0;

Зелёная область — win1 в (X1,Y1), размер (W1,H1). Настройка:

win_config->winId = 1;
win_config->winEn = 1;
……
win_config->srcX = X1;
win_config->srcY = Y1;
win_config->srcW = W1;
win_config->srcH = H1;

Настройка последующего масштабирования:

post_scale->srcW = Xres;
post_scale->srcH = H2;
post_scale->dstX = 0;
post_scale->dstY = Y0;
post_scale->dstW = Xres;
post_scale->dstH = H2;

Без частичного обновления по X, в отличие от случая 1, ширина источника post scale и dstW равны ширине панели Xres, dstX=0. Остальные шаги те же. Сначала настройте масштабирование:

ret = rt_device_control(g_display_dev, RK_DISPLAY_CTRL_SET_SCALE, post_scale);
RT_ASSERT(ret == RT_EOK);

Затем настройте WIN0 и WIN1:

ret = rt_device_control(g_display_dev, RK_DISPLAY_CTRL_SET_PLANE, win_config);
RT_ASSERT(ret == RT_EOK);

Наконец примените отображение:

ret = rt_device_control(g_display_dev, RK_DISPLAY_CTRL_COMMIT, NULL);
RT_ASSERT(ret == RT_EOK);

8. Инструмент modetest

8.1 Поддерживаемые тесты

modetest [-afgp]

        -p <plane_id>:<w>x<h>:<crtc_w>x<crtc_h>[+<x>+<y>][#<zpos>][@<format>]  set plane
        -f <pattern>    specify fill pattern
        -a      test alpha
        -g      test gamma

Пример команды:

modetest -p 0:720x1280:720x1280@AR24 -a -g

9. Color Key

VOP может сделать выбранный цвет слоя полностью прозрачным, открывая следующий слой или фон. Драйвер использует win_config.colorKey: биты [23,0] содержат компоненты RGB, bit24 включает/выключает функцию. В примерах RGB888 и RGB565 R_VAL, G_VAL, B_VAL — компоненты прозрачного цвета.

#define COLOR_KEY_EN    BIT(24)

9.1 Color Key для RGB888

1. Полная прозрачность красного:

win_config->colorKey = 0xFF0000 | COLOR_KEY_EN;

1. Полная прозрачность зелёного:

win_config->colorKey = 0x00FF00 | COLOR_KEY_EN;

1. Полная прозрачность синего:

win_config->colorKey = 0x0000FF | COLOR_KEY_EN;

То есть:

win_config->colorKey = (R_VAL << 16) | (G_VAL << 8) | (B_VAL) | COLOR_KEY_EN;

9.2 Color Key для RGB565

1. Полная прозрачность красного:

win_config->colorKey = 0xF80000 | COLOR_KEY_EN;

1. Полная прозрачность зелёного:

win_config->colorKey = 0x00FC00 | COLOR_KEY_EN;

1. Полная прозрачность синего:

win_config->colorKey = 0x0000F8 | COLOR_KEY_EN;

То есть:

R_VAL_CONFIG = R_VAL << 3;  //R[4,0] -> R[7,0]

G_VAL_CONFIG = G_VAL << 2;  //G[5,0] -> G[7,0]

B_VAL_CONFIG = B_VAL << 3;  //B[4,0] -> B[7,0]

win_config->colorKey = (R_VAL_CONFIG  << 16) | (G_VAL_CONFIG << 8) | B_VAL_CONFIG | COLOR_KEY_EN;

9.3 Отключение Color Key

win_config->colorKey = 0;

10. Обновление LUT

Для LUT слоя нужен lut_en. После включения LUT защищена и её регистры недоступны для чтения/записи. Изменение lut_en вступает в силу по кадру. При смене сценария обновляйте LUT так:

1. Отключите LUT. (1) Установите формат не bpp, исключая:

RTGRAPHIC_PIXEL_FORMAT_GRAY1
RTGRAPHIC_PIXEL_FORMAT_GRAY4,
RTGRAPHIC_PIXEL_FORMAT_GRAY16,
RTGRAPHIC_PIXEL_FORMAT_GRAY256,
RTGRAPHIC_PIXEL_FORMAT_RGB332,

(2) Отключите все слои и обновите изображение 32x32 в месте без отображаемого содержимого. Размер не фиксирован: нужен невидимый кадр, применяющий отключение lut_en без изменения текущего изображения.

1. Обновите массив LUT и вызовите RK_DISPLAY_CTRL_LOAD_LUT.

2. Настройте новый кадр: задайте win соответствующий формат bpp и обновите кадр. Новая LUT вступит в силу.

11. Справочные документы

1. Rockchip DRM Display Driver Development Guide

2. Rockchip_DRM_Panel_Porting_Guide.pdf