本文主要簡(jiǎn)述S5pv210處理器的 HDMI 接口在 Linux 3.0.8 內(nèi)核下的驅(qū)動(dòng)框架。

        現(xiàn)在三星的主流處理器基本都支持HDMI，使用HDMI也有段時(shí)間了，卻一直不知道它是怎么工作的，只知道linux和android下都會(huì)有一個(gè)HDMI-service的用戶服務(wù)程序。然后底層會(huì)有HDMI驅(qū)動(dòng)。知道HDMI 和framebuffer有點(diǎn)關(guān)系，卻不知道兩者是如何聯(lián)系在一起的。從知道HDMI以來(lái)就覺(jué)得它神秘，出于好奇，決定揭開(kāi)它的面紗一探真容。按照我的思路從下面四個(gè)方面并依照源碼簡(jiǎn)單剖析一下Samsung S5pv210 處理器HDMI 在linux3.0.8下的驅(qū)動(dòng)框架。

?      1.1 何為HDMI，HDMI總線協(xié)議發(fā)展概況

?      1.2  HDMI驅(qū)動(dòng)框架

?      1.3  從源碼，看HDMI設(shè)備驅(qū)動(dòng)框架

?      1.4   從“疑問(wèn)？？？”猜答案。（透過(guò)HDMI-service剖析HDMI與Framebuffer的關(guān)系。）

1.1  何為HDMI，HDMI總線協(xié)議發(fā)展概況

         高清晰度多媒體接口（英文：HighDefinition Multimedia Interface，HDMI）是一種數(shù)字化視頻/音頻接口技術(shù)，是適合影像傳輸?shù)膶Ｓ眯蛿?shù)字化接口，其可同時(shí)傳送音頻和影音信號(hào)，最高數(shù)據(jù)傳輸速度為5Gbps。下面給出的是HDMI typeA型的公母頭，另外HDMI 還有typeB typeC 兩種類型的插頭。

       HDMI不僅可以滿足1080P的分辨率，還能支持DVDAudio等數(shù)字音頻格式，支持八聲道96kHz或立體聲192kHz數(shù)碼音頻傳送，可以傳送無(wú)壓縮的音頻信號(hào)及視頻信號(hào)。 HDMI的設(shè)備具有“即插即用”的特點(diǎn) 。從下面的圖片我們看一下個(gè)版本HDMI的差別

在s5pv210處理器上的HDMI模塊是1.3版，Exyson4412上用的是1.4版。4412在hdmi上的優(yōu)勢(shì)從上面的圖就一目了然了。從數(shù)據(jù)手冊(cè)上可以得到s5pv210處理器HDMI的基本參數(shù)：

1.2  HDMI驅(qū)動(dòng)框架

       在介紹HDMI的驅(qū)動(dòng)框架之前，首先需要了解一下HDCP,HPD,DDC 這幾個(gè)新名詞指的是什么，否則直接深入源碼只會(huì)搞得暈頭轉(zhuǎn)向，然后就會(huì)覺(jué)得HDMI這玩意高深的不得了。其實(shí)它不怎么深。。。^_^

?      HDCP: HDCP的全稱是High-bandwidthDigital Content Protection，也就是“高帶寬數(shù)字內(nèi)容保護(hù)”。

?      DDC: HDCP數(shù)據(jù)秘鑰在CPU和顯示設(shè)備間的交換以及EDID(EDID中包含有關(guān)顯示器及其性能的參數(shù))要通過(guò)hdmi 接口的兩個(gè)DDC（IIC總線）引腳實(shí)現(xiàn).(實(shí)質(zhì)是實(shí)現(xiàn)一個(gè)IIC設(shè)備驅(qū)動(dòng))

?      HDP：Hot PlugDetection，在HDMI的一對(duì)聯(lián)接中，為熱插拔的實(shí)現(xiàn)而設(shè)計(jì)的。簡(jiǎn)單地說(shuō)，當(dāng)發(fā)送端接入接受端時(shí)，接受端會(huì)回應(yīng)HPD信號(hào)給發(fā)送端，進(jìn)而發(fā)送端會(huì)啟動(dòng)DDC通道，而讀取接受端EDID的信息，然后進(jìn)行HDCP的交互，如果雙方認(rèn)證成功，則視頻、音頻正常工作，否則聯(lián)接失敗，不同系統(tǒng)會(huì)有不同的處理。

     HDCP,HPD,DDC 這幾個(gè)新名詞清楚了，那就得想想它們作為HDMI的一個(gè)組件（這個(gè)詞不清楚用的是否恰當(dāng)）之間有什么樣的聯(lián)系呢？其實(shí)上面說(shuō)的已經(jīng)差不多了，我再簡(jiǎn)單總結(jié)下：

     HDCP起到一個(gè)數(shù)字內(nèi)容保護(hù)的作用，它的秘鑰交換需要用到IIC總線，也就是HDMI的DDC通道。另外HDMI還需要從顯示設(shè)備獲得顯示相關(guān)參數(shù)（EDID），比如分辨率等顯示信息。這個(gè)信息也是通過(guò)IIC總線交互的，走的也是DDC通道。HPD就不用多說(shuō)了，HDMI熱插拔后的“工作”全靠它了。Linux驅(qū)動(dòng)需要分別實(shí)現(xiàn)這幾個(gè)組件的驅(qū)動(dòng)，這幾個(gè)組件的驅(qū)動(dòng)相互配合共支撐實(shí)現(xiàn)了HDMI 驅(qū)動(dòng)。下面就先把HDMI框架畫(huà)出來(lái)。

         這里還需要介紹一下CEC：可以簡(jiǎn)單理解 當(dāng)您有很多HDMI設(shè)備通過(guò)HDMI線，切換器或者分配器連在一起的時(shí)候，如果所有的HDMI產(chǎn)品都支持CEC功能，那么可以利用其中一臺(tái)的遙控器可以去控制其他的設(shè)備. 這就是CEC功能。210也提供了HDMI cec的驅(qū)動(dòng)源碼，并且生成了供給用戶空間操作的設(shè)備文件（它是作為混雜設(shè)備被注冊(cè)進(jìn)內(nèi)核），從上面的框圖也可以看到，CEC驅(qū)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)不同于HDCP、HPD、DDC 等組件的驅(qū)動(dòng)向內(nèi)核空間提供了函數(shù)接口。CEC驅(qū)動(dòng)中僅實(shí)現(xiàn)了file_operation操作方法，供給用戶對(duì)設(shè)備文件操作時(shí)調(diào)用。并沒(méi)有對(duì)內(nèi)核空間暴露函數(shù)接口。

         再簡(jiǎn)單說(shuō)明下框架：在linux 3.0.8中HDMI作為T(mén)V_OUT的一部分，TV_OUT驅(qū)動(dòng)注冊(cè)時(shí)，HDMI作為T(mén)V_OUT的一個(gè)子系統(tǒng)被初始化?！井?dāng)TV_OUT的探針函數(shù)（static int __devinit s5p_tv_probe(struct platform_device *pdev)）被執(zhí)行時(shí)，會(huì)調(diào)用HDMI相關(guān)初始化函數(shù)s5p_hdmi_probe(pdev,3, 4);】。并且同時(shí)會(huì)注冊(cè)一個(gè)符合V4L2標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備，因此用戶空間對(duì)HDMI設(shè)備（video14）的基本操作如設(shè)置分辨等操作符合V4L2標(biāo)準(zhǔn)操作（這個(gè)在后面還會(huì)根據(jù)源碼深入分析）。而CEC HDCP DDC HPD作為HDMI的組件，他們的驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)即為HDMI驅(qū)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)提供函數(shù)接口（HDCP DDC HPD 這三個(gè)組件的驅(qū)動(dòng)會(huì)互相暴露函數(shù)調(diào)用）,也為用戶空間提供了操作這個(gè)組件的方法（HPD CEC這兩個(gè)組件的驅(qū)動(dòng)向用戶空間提供了操作方法）。

         通過(guò)上面的框圖可以看到，我們?cè)谟脩艨臻g可以看到的跟HDMI相關(guān)的設(shè)備文件只有三個(gè)，分別是CEC HPD video14 這三個(gè)設(shè)備文件，根據(jù)驅(qū)動(dòng)中實(shí)現(xiàn)的方法應(yīng)用程序可以通過(guò)這三個(gè)設(shè)備文件分別是實(shí)現(xiàn)HDMI CEC功能操作、讀取熱插拔HDMI設(shè)備狀態(tài)、對(duì)HDMI設(shè)備操作。這三個(gè)設(shè)備文件是如何生成的，他們提供了哪些操作方法呢？看下面的分析----------

1.3  透過(guò)源碼看HDMI設(shè)備驅(qū)動(dòng)框架的實(shí)現(xiàn)

          HDMI的這幾個(gè)組件都有自己的驅(qū)動(dòng)源文件，下面就分開(kāi)看看各組件驅(qū)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)及其在HDMI主體驅(qū)動(dòng)中的作用

HDMI DDC 驅(qū)動(dòng)：

先來(lái)看看HDMI DDC驅(qū)動(dòng)，DDC驅(qū)動(dòng)實(shí)際上實(shí)現(xiàn)了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)IIC設(shè)備的驅(qū)動(dòng)。

DDC設(shè)備注冊(cè)：

DDC設(shè)備結(jié)構(gòu)，在板級(jí)初始化時(shí)被注冊(cè)進(jìn)內(nèi)核mach-XXX210.c(我用的是tiny210 mach-mini210.c)

這是DDC設(shè)備結(jié)構(gòu)體，其中包含了DDC設(shè)備IIC總線上的地址信息。在mini210_machine_init(void) 函數(shù)中會(huì)調(diào)用：

i2c_register_board_info(1,mini210_i2c_devs1,ARRAY_SIZE(mini210_i2c_devs1));函數(shù)將這個(gè)結(jié)構(gòu)注冊(cè)進(jìn)內(nèi)核。如下圖所示：

再看一下DDC驅(qū)動(dòng)注冊(cè)：

           這是DDC驅(qū)動(dòng)的結(jié)構(gòu)體。在內(nèi)核啟動(dòng)后start_kernel  -->rest_init() -->kernel_init() --> do_basic_setup()  -->do_initcalls()  執(zhí)行到do_initcalls函數(shù)時(shí)所有帶有__init標(biāo)示的函數(shù)被順序執(zhí)行這里ddc_init函數(shù)就被執(zhí)行了，將上面的驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)注冊(cè)進(jìn)內(nèi)核如下圖：

，

   若IIC總線上設(shè)備、驅(qū)動(dòng)匹配，則ddc_probe函數(shù)被執(zhí)行。ddc_probe函數(shù)內(nèi)容如下：

     ddc_probe函數(shù)被執(zhí)行后會(huì)獲得IIC設(shè)備資源，主要是IIC設(shè)備地址信息。

        DDC驅(qū)動(dòng)中實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)方法，這兩個(gè)方法不暴露給用戶，暫且稱為“內(nèi)核API”（這種說(shuō)法不太準(zhǔn)確，為了方便后面暫且這么叫）.驅(qū)動(dòng)將這兩個(gè)方法，提供給HDMI 的HDCP驅(qū)動(dòng)調(diào)用（HDCP 秘鑰的交換需要用到DDC組件）。這兩個(gè)方法的實(shí)現(xiàn)如下：

DDC驅(qū)動(dòng)內(nèi)容大致就這么多

 HDMI HDCP 驅(qū)動(dòng)：

下面了解一下HDCP驅(qū)動(dòng)：

        HDCP驅(qū)動(dòng)完全沒(méi)有給用戶空間提供操作接口，對(duì)用戶空間來(lái)說(shuō)感覺(jué)不到它的存在，但是驅(qū)動(dòng)提供了“內(nèi)核API”供HDMI 驅(qū)動(dòng)及其它組件調(diào)用。對(duì)外暴露的函數(shù)列表如下：

static ints5p_hdcp_is_reset(void) //函數(shù)功能：判斷HDCP的自旋鎖是否已經(jīng)被獲取如果被獲取返回1，否則返回0.函數(shù)未被調(diào)用。

static bools5p_set_hpd_detection(bool detection, bool hdcp_enabled,struct i2c_client*client)// 函數(shù)功能：檢測(cè)HPD引腳狀態(tài)，函數(shù)未被調(diào)用。

int s5p_hdcp_init(void)//函數(shù)功能：初始化HDCP

bool s5p_start_hdcp(void)// 函數(shù)功能：開(kāi)啟HDCP功能，并從顯示設(shè)備獲得秘鑰。

bool s5p_stop_hdcp(void)// 函數(shù)功能：關(guān)閉HDCP功能

ints5p_hdcp_encrypt_stop(bool on)// 函數(shù)功能：當(dāng)HDMI接口拔下時(shí)，會(huì)執(zhí)行這個(gè)函數(shù)，停止HDCP加密

int s5p_hdmi_set_dvi(boolen)// 函數(shù)功能：設(shè)置開(kāi)啟/關(guān)閉DVI 標(biāo)志

voids5p_hdmi_set_audio(bool en)// 函數(shù)功能：設(shè)置開(kāi)啟/關(guān)閉 PCM流無(wú)損音頻輸出 標(biāo)志

ints5p_hdmi_audio_enable(bool en)// 函數(shù)功能：開(kāi)啟音頻輸出

ints5p_hdmi_set_mute(bool en) // 函數(shù)功能：設(shè)置聲音圖像消隱 開(kāi)啟/關(guān)閉 標(biāo)志

ints5p_hdmi_get_mute(void) // 函數(shù)功能：獲得聲音圖像消隱 開(kāi)啟/關(guān)閉 標(biāo)志狀態(tài)

voids5p_hdmi_mute_en(bool en) // 函數(shù)功能：開(kāi)啟聲音圖像消隱

        順便提一下什么是聲音圖像消隱：簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是顯示設(shè)備的聲音至于靜音狀態(tài)、圖像至于黑屏狀態(tài)。比如HDMI輸出設(shè)備在切換分辨率、Color Space、開(kāi)關(guān)機(jī)等操作時(shí)，顯示設(shè)備可能會(huì)看到一些過(guò)度花屏的現(xiàn)象，所以，HDMI輸出設(shè)備在進(jìn)行相應(yīng)操作之前，發(fā)送給顯示設(shè)備一個(gè)AVMute信號(hào)，讓顯示設(shè)備至于黑屏靜音狀態(tài)，等待HDMI輸出設(shè)備切換好后，再發(fā)送一個(gè)Clear AVMute信號(hào)，讓顯示設(shè)備再開(kāi)機(jī)，這樣，切換過(guò)程中的花屏現(xiàn)象就會(huì)被屏蔽掉。

HDCP驅(qū)動(dòng)大致就提供了這些接口函數(shù)，供HDMI驅(qū)動(dòng)的其它組件調(diào)用。

HDMI HPD 驅(qū)動(dòng)：

然后再介紹一下HPD驅(qū)動(dòng)：

         HPD驅(qū)動(dòng)使用了Platform&misc框架。 設(shè)備結(jié)構(gòu)注冊(cè)到內(nèi)核，驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)體注冊(cè)到內(nèi)核，設(shè)備驅(qū)動(dòng)匹配后，HPD 的探針函數(shù)中（probe）獲得設(shè)備資源，并注冊(cè)一個(gè)混雜設(shè)備，這時(shí)會(huì)在根文件系統(tǒng)生成設(shè)備文件HPD，用戶可以通過(guò)驅(qū)動(dòng)所支持的方法，操作設(shè)備文件，從而獲得HDMI HPD引腳線的狀態(tài)。這段文字用源碼的形式展現(xiàn)如下：

Mach-mini210.c文件中，HPD設(shè)備結(jié)構(gòu)的定義如下

作為板級(jí)平臺(tái)設(shè)備，上面的結(jié)構(gòu)包含在mini210_devices數(shù)組中

系統(tǒng)平臺(tái)設(shè)備初始化（mini210_machine_init(void) ----àplatform_add_devices）時(shí)，將設(shè)備結(jié)構(gòu)s5p_device_hpd注冊(cè)進(jìn)內(nèi)核。

下面的代碼在函數(shù) s5p_hpd_init 中將驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu) s5p_hpd_driver 注冊(cè)進(jìn)內(nèi)核

當(dāng)platform的設(shè)備和驅(qū)動(dòng)匹配后執(zhí)行probe探針函數(shù)

探針函數(shù)s5p_hpd_probe 中注冊(cè)將HPD注冊(cè)為一個(gè)混雜設(shè)備，設(shè)備結(jié)構(gòu)體如下

         可以看到這個(gè)驅(qū)動(dòng)中的file_operations結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了 s5p_hpd_open、s5p_hpd_release 、s5p_hpd_read 、s5p_hpd_poll 這幾個(gè)方法。用戶可以通過(guò)read 系統(tǒng)調(diào)用實(shí)現(xiàn)讀取HPD引腳的狀態(tài)。

另外HPD驅(qū)動(dòng)中還有三個(gè)函數(shù)（方法）：

int s5p_hpd_get_state(void)

int s5p_hpd_set_hdmiint(void)

int s5p_hpd_set_eint(void)

這三個(gè)操作方法，作為Kernel API  供給HDMI驅(qū)動(dòng)核心調(diào)用，分別用于獲取當(dāng)前HDMI接口狀態(tài)、上電初始化HDMI HPD  、及上電初始化HPD引腳中斷。

HDMI 主設(shè)備驅(qū)動(dòng)

下面就要進(jìn)入HDMI驅(qū)動(dòng)最精彩的部分了，HDMI 設(shè)備的注冊(cè)：HDMI作為T(mén)V_OUT的一部分，設(shè)備資源包含在TV_OUT設(shè)備資源結(jié)構(gòu)中如下圖數(shù)組中下標(biāo)為3、4的元素：

下面是TV_OUT的設(shè)備結(jié)構(gòu)體：

它作為板級(jí)平臺(tái)設(shè)備，被下面的數(shù)組包含

在mini210_machine_init函數(shù)中 的 platform函數(shù)被調(diào)用時(shí)注冊(cè)進(jìn)內(nèi)核

下面是TV_OUT的驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)體

在s5p_tv_init函數(shù)中 s5p_tv_driver 被注冊(cè)進(jìn)內(nèi)核

當(dāng)platform的設(shè)備和驅(qū)動(dòng)匹配時(shí)執(zhí)行探針函數(shù)（probe）s5p_tv_probe

         這個(gè)probe函數(shù)中與HDMI相關(guān)的s5p_hdmi_probe 函數(shù)被調(diào)用，完成HDMI設(shè)備的初始化。

緊接著，在probe函數(shù)中，下面紅框內(nèi)調(diào)用video_device_register 函數(shù)，將HDMI設(shè)備注冊(cè)，

函數(shù)會(huì)獲得s5p_tvout這個(gè)結(jié)構(gòu),

        并會(huì)被注冊(cè)為遵循V4L2框架的 video設(shè)備，對(duì)HDMI的操作函數(shù)嵌入到v4l2框架。，然后會(huì)在根文件生成名為 video14 的設(shè)備文件(.minor = TVOUT_MINOR_TVOUT, 這個(gè)元素中TVOUT_MINOR_TVOUT宏展開(kāi)為14 )。

而對(duì)video14（HDMI）設(shè)備的操作函數(shù)最終通過(guò)V4L2框架封裝暴露給用戶空間，實(shí)現(xiàn)的操作方法如下：

符合V4L2框架的ioctl操作

到此為止我們已經(jīng)可以通過(guò)/dev/video14  設(shè)備文件，按照V4L2規(guī)范對(duì)HDMI進(jìn)行操作了。

HDMI CEC驅(qū)動(dòng) 暫略后面會(huì)補(bǔ)上

1.4疑問(wèn)？？？

到現(xiàn)在為止，我們應(yīng)該還有一個(gè)疑問(wèn)，用戶空間是如何使用HDMI設(shè)備的，由此可以引出四個(gè)問(wèn)題：

?      在用戶空間如何配置HDMI？

?      HDMI顯示數(shù)據(jù)從哪來(lái)？

?      HDMI顯示和Framebuffer有何關(guān)聯(lián)？

從android的HDMI-service 我們可以看到，在Service中打開(kāi)HDMI 設(shè)備：(/device/samsung/proprietary/libhdmi/SecHdmi.cpp)

          并且會(huì)在Overlay的初始化過(guò)程將HDMI顯示與Framebuffer關(guān)聯(lián)起來(lái)。在overlay.cpp 中會(huì)在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)對(duì)HDMI進(jìn)行初始化，將幀緩沖內(nèi)存映射到HDMI 顯示緩沖區(qū)中。源碼中的buffer指針指向幀緩沖區(qū)

       經(jīng)過(guò)上述方法，實(shí)現(xiàn)了幀緩沖區(qū)向HDMI接口的映射。我們?cè)趹?yīng)用程序中，只需要向幀緩沖區(qū)中寫(xiě)入圖像數(shù)據(jù)就會(huì)通過(guò)HDMI輸出到顯示設(shè)備上（HDMI-service正常工作做的前提下，HDMI-service在系統(tǒng)啟動(dòng)后被啟動(dòng)，用來(lái)初始化HDMI基本參數(shù)，如分辨率等）。

映射完成后 framebuffer與HDMI 的關(guān)系如下圖：

         至此HDMI驅(qū)動(dòng)框架介紹完畢。由于網(wǎng)上基本搜不到210 HDMI的linux驅(qū)動(dòng)相關(guān)信息，以上內(nèi)容都是通過(guò)讀源碼分析總結(jié)的，可能會(huì)有一些認(rèn)識(shí)錯(cuò)誤，還請(qǐng)大家在閱讀后及時(shí)指正