u-boot与Linux内核视频显示接口参数配置及传递方案

一、一般视频显示接口初始化所需要的参数

    众所周知，显示器显示的是二维的，处理器将视频数据通过显示接口行、地发送到显示器，每行中的每bit数据通过pclk（像素时钟）同步，每一行通过hsync（行同步时钟）来告诉显示器发完一行。当发完了一帧数据，通过vsync（场同步时钟）告诉显示器已经发完一帧。这些波形时序可以通过以前我写过的一篇《VGA视频信号详解》中的示波器的截图来体会。这些也是写视频显示和采集驱动的基础知识，你必须了解CPU与视频接口间的是数据格式。

    由于早期CRT显示器在显示完一行或者一帧时都需要有一个消隐期来给电子束回到下一行起点或图像左上角起点的时间并避免图像的重影，数字视频的数据格式也继承了这个特性。但是数字视频数据可以利用了这段消隐时间传送其他的辅助数据（例如包含场行同步数据，可以省去场行同步信号线；如果是多路视频采样的芯片，还利用这段空闲的数据区包含一些视频通道号、行号的数据；如果是电视信号，可以包含字幕信息）。正是由于场行消隐期的存在和额外的场行同步时间，真正发送到显示器的数据如下图所示：

    大家从图中可以看出，有效的视频数据变成二维的时候是处在所有发送出的视频数据的中间，而到所有视频数据四边的距离，也就是有效视频数据矩形和所有视频数据矩形边框的一段距离就是消隐期。而这四边的距离以及场行同步时间是因各LCD、显示器的规格而异的，CPU发出的数据必须和显示器的指定数据格式匹配，否则显示的图像就会出现偏离等问题。

    对于嵌入式Linux系统来说，初始化视频显示设备时一般需要根据不同的显示器规格配置上述参数。但是如果将这些参数写死在程序中，每次更换不同的显示器，就需要根据这个显示器的参数重新编译代码，这样肯定是非常麻烦的。但是现在的u-boot和Linux早就为此写好了函数接口，让程序员可以在烧入程序后动态的配置这些参数，不用重新编译烧写了。下面介绍下uboot与内核共同使用uboot的环境变量ENV来传递并获取参数的方法。

二、u-boot获取参数的方式

     u-boot下本身具备了通过env（环境变量）配置液晶屏参数的接口API，其代码在：

drivers/video/videomodes.c

/*
 * (C) Copyright 2004
 * Pierre Aubert, Staubli Faverges , <[e-mail]>
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 *
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 * along with this program; if not, write to the Free Software
 * Foundation, Inc., 59 Temple Place, Suite 330, Boston,
 * MA 02111-1307 USA
 */

/************************************************************************
  为视频模式获取参数:
  默认视频模式可以通过 CONFIG_SYS_DEFAULT_VIDEO_MODE 定义。
  如果没有定义，默认视频模式为 0x301。
  参数可以通过环境变量"videomode"设置，
  有两种不同的方法:
  "videomode=301"   - 301 是一个16进制数，他定义了 VESA 模式。
              以下模式是已经实现的：

              颜色        640x480 800x600 1024x768 1152x864 1280x1024
             --------+---------------------------------------------
              8 bits |    0x301    0x303     0x305      0x161        0x307
             15 bits |    0x310    0x313     0x316      0x162        0x319
             16 bits |    0x311    0x314     0x317      0x163        0x31A
             24 bits |    0x312    0x315     0x318        ?        0x31B
             --------+---------------------------------------------
  "videomode=bootargs"
           - 从bootargs环境变量中解析参数。
              格式为"NAME:VALUE,NAME:VALUE" 等等。
              例如：
              "bootargs=video=ctfb:x:800,y:600,depth:16,pclk:25000"
              以上列表中不包含的参数从默认模式中获取，
              也就是以下模式之一:
              mode:0  640x480x24
              mode:1  800x600x16
              mode:2  1024x768x8
              mode:3  960x720x24
              mode:4  1152x864x16
              mode:5  1280x1024x8

              如果 "mode" 没有在参数列表中提供，
              则假定为 mode:0 。
              此方法支持以下参数：
              x          xres = 可见（有效）水平解析度
              y          yres = 可见（有效）垂直解析度
              pclk    每微秒的像素时钟个数
              le      从行同步到图像左边沿的像素时钟数
              ri      从行同步到图像右边沿的像素时钟数
              up      从场同步到图像上边沿的行数
              lo      从场同步到图像下边沿的行数
              hs      行同步时间长度（像素时钟数）
              vs      场同步时间长度（行数）
              sync    see FB_SYNC_*
              vmode   see FB_VMODE_*
              depth   每个像素的色深（单位：位）
              存在于bootargs中的所有其他的参数都将被忽略。
              也可以直接在变量"videomode"中直接设置参数，
              或者在其他的参数中（例如"myvideo"）设置并设置变量为
              "videomode=myvideo"。
****************************************************************************/

#include <common.h>
#include "videomodes.h"

const struct ctfb_vesa_modes vesa_modes[VESA_MODES_COUNT] = {
    {0x301, RES_MODE_640x480, 8},
    {0x310, RES_MODE_640x480, 15},
    {0x311, RES_MODE_640x480, 16},
    {0x312, RES_MODE_640x480, 24},
    {0x303, RES_MODE_800x600, 8},
    {0x313, RES_MODE_800x600, 15},
    {0x314, RES_MODE_800x600, 16},
    {0x315, RES_MODE_800x600, 24},
    {0x305, RES_MODE_1024x768, 8},
    {0x316, RES_MODE_1024x768, 15},
    {0x317, RES_MODE_1024x768, 16},
    {0x318, RES_MODE_1024x768, 24},
    {0x161, RES_MODE_1152x864, 8},
    {0x162, RES_MODE_1152x864, 15},
    {0x163, RES_MODE_1152x864, 16},
    {0x307, RES_MODE_1280x1024, 8},
    {0x319, RES_MODE_1280x1024, 15},
    {0x31A, RES_MODE_1280x1024, 16},
    {0x31B, RES_MODE_1280x1024, 24},
};
const struct ctfb_res_modes res_mode_init[RES_MODES_COUNT] = {
    /* x     y pixclk   le    ri  up    lo   hs vs  s  vmode */
    {640, 480, 39721, 40, 24, 32, 11, 96, 2, 0, FB_VMODE_NONINTERLACED},
    {800, 600, 27778, 64, 24, 22, 1, 72, 2, 0, FB_VMODE_NONINTERLACED},
    {1024, 768, 15384, 168, 8, 29, 3, 144, 4, 0, FB_VMODE_NONINTERLACED},
    {960, 720, 13100, 160, 40, 32, 8, 80, 4, 0, FB_VMODE_NONINTERLACED},
    {1152, 864, 12004, 200, 64, 32, 16, 80, 4, 0, FB_VMODE_NONINTERLACED},
    {1280, 1024, 9090, 200, 48, 26, 1, 184, 3, 0, FB_VMODE_NONINTERLACED},
};

/************************************************************************
 * 为视频模式获取参数:
 */
/*********************************************************************
 * （*start：参数起始指针，sep：分割符）返回下一个参数的长度
 */
static int
video_get_param_len (char *start, char sep)
{
    int i = 0;
    while ((*start != 0) && (*start != sep)) {
        start++;
        i++;
    }
    return i;
}
/* 视频参数名的字符串对比 */
static int
video_search_param (char *start, char *param)
{
    int len, totallen, i;
    char *p = start;
    len = strlen (param);
    totallen = len + strlen (start);
    for (i = 0; i < totallen; i++) {
        if (strncmp (p++, param, len) == 0)
            return (i);
    }
    return -1;
}

/***************************************************************
 * 通过环境变量获取参数，Linux内核已经实现
 * 例如：
 * video=ctfb:x:800,xv:1280,y:600,yv:1024,depth:16,mode:0,pclk:25000,
 *     le:56,ri:48,up:26,lo:5,hs:152,vs:2,sync:0,vmode:0,accel:0
 *
 * penv是一个指向环境变量的指针，包含字符串或其他环境变量名。
 * 它甚至可以是"bootargs"。
 */

#define GET_OPTION(name,var)                \
    if(strncmp(p,name,strlen(name))==0) {        \
        val_s=p+strlen(name);            \
        var=simple_strtoul(val_s, NULL, 10);    \
    }

int video_get_params (struct ctfb_res_modes *pPar, char *penv)
{
    char *p, *s, *val_s;
    int i = 0, t;
    int bpp;
    int mode;
    /* 优先搜索包含在环境变量中的字符串参数 */
    s = penv;
    if ((p = getenv (s)) != NULL) {
        s = p;
    }
    /* bootargs参数的情况，我们必须从
     * "video=ctfb:"开始。
     */
    i = video_search_param (s, "video=ctfb:");
    if (i >= 0) {
        s += i;
        s += strlen ("video=ctfb:");
    }
    /* 首先搜索“模式”信息，作为默认值 */
    p = s;
    t = 0;
    mode = 0;        /* 默认值为mode0 */
    while ((i = video_get_param_len (p, ',')) != 0) {
        GET_OPTION ("mode:", mode)
            p += i;
        if (*p != 0)
            p++;    /* 跳过 ',' */
    }
    if (mode >= RES_MODES_COUNT)
        mode = 0;
    *pPar = res_mode_init[mode];    /* 拷贝默认值 */
    bpp = 24 - ((mode % 3) * 8);
    p = s;            /* 从新开始 */
    while ((i = video_get_param_len (p, ',')) != 0) {
        GET_OPTION ("x:", pPar->xres)
            GET_OPTION ("y:", pPar->yres)
            GET_OPTION ("le:", pPar->left_margin)
            GET_OPTION ("ri:", pPar->right_margin)
            GET_OPTION ("up:", pPar->upper_margin)
            GET_OPTION ("lo:", pPar->lower_margin)
            GET_OPTION ("hs:", pPar->hsync_len)
            GET_OPTION ("vs:", pPar->vsync_len)
            GET_OPTION ("sync:", pPar->sync)
            GET_OPTION ("vmode:", pPar->vmode)
            GET_OPTION ("pclk:", pPar->pixclock)
            GET_OPTION ("depth:", bpp)
            p += i;
        if (*p != 0)
            p++;    /* 跳过 ',' */
    }
    return bpp;
}

重要数据结构：

/******************************************************************
 * 解析结构体
 ******************************************************************/
struct ctfb_res_modes {
    int xres;        /* 可见分辨率        */
    int yres;
    /* 时序: 所有值都以像素时钟为单位（当然除了像素时钟本身） */
    int pixclock;        /* 像素时钟（单位：微秒） */
    int left_margin;    /*  从行同步到图像左边沿的像素时钟数   */
    int right_margin;    /* 从行同步到图像右边沿的像素时钟数 */
    int upper_margin;    /* 从场同步到图像上边沿的行数    */
    int lower_margin;    /* 从场同步到图像下边沿的行数    */
    int hsync_len;        /* 行同步时间长度（像素时钟数）    */
    int vsync_len;        /* 场同步时间长度（行数）    */
    int sync;        /* see FB_SYNC_*        */
    int vmode;        /* see FB_VMODE_*        */
};

/******************************************************************
 * Vesa 模式结构体
 ******************************************************************/
struct ctfb_vesa_modes {
    int vesanr;        /* Vesa 号（在LILO中定义） (VESA Nr + 0x200} */
    int resindex;        /* 解析结构体的索引 */
    int bits_per_pixel;    /* bpp */
};

    从这些代码中我们可以看出，我们不仅可以通过预定义在videomodes.h中的res_mode_init获取参数，也可以通过环境变量中的bootargs获取视频参数。当然，通过bootargs获取参数比较灵活，这样只需改写uboot的环境变量就可以让uboot重新适应新的显示器，并且可以将这个参数通过bootargs传递给内核cmdline，内核也可以通过解析cmdline获取这些参数。

    这些接口函数中最重要的就是:

int video_get_params (struct ctfb_res_modes *pPar, char *penv)
pPar:是接收解析好的视频参数的结构体
penv:是需要解析的字符串指针，也可以是包含这个字符串的uboot环境变量名。

    如果uboot需要实现LCD等的显示驱动，就可以通过这个API函数解析出需要的参数，并保存到一个struct ctfb_res_modes结构体中，在LCD初始化的时候使用。实现视频显示参数的串口配置。例如我在S3C6410处理器的U-boot中就实现了参数的获取。

使用举例：

   在u-boot的ENV参数中定义：

dvo2_config=x:800,y:480,le:40,ri:88,up:13,lo:32,hs:48,vs:3,pclk:30000

  在LCD初始化代码中可以通过以下代码中获取参数，保存到一个struct ctfb_res_modes结构体中。

struct ctfb_res_modes temp;
int bpp;
bpp = video_get_params (&temp, "dvo2_config");

   这些保存到struct ctfb_res_modes temp中的数据可以用于初始化LCD控制器等显示设备。

三、与内核视频参数传递方式

   要将数据传给Linux内核，一个标准的方法就是使用cmdline。将 $dvo2_config 放入uboot的bootargs环境变量中，这样就可以将参数传给内核解析，格式应该为：

video=dvo2:x:800,y:480,le:40,ri:88,up:13,lo:32,hs:48,vs:3,pclk:30000

    如果你需要配置多个显示器，那么必须在多添加一个，例如：

video=hdmi:pclk:148500,x:1920,le:40,ri:152,hs:44,y:1080,up:4,lo:36,vs:5

    不可以放到同一个“video=”中，目的是方便内核解析，后面可以看出。

   所以当你配置uboot的bootargs的时候，可以这样：

setenv bootargs  '......   video=dvo2:$dvo2_config video=hdmi:$hdmi_config'

四、linux通过cmdline获取参数

    Linux内核也为视频参数的获取做好了函数，程序员可以通过bootloader传递过来的cmdline，轻松获得视频相关的参数（video=），处理函数位于drivers/video/fbmem.c的最后。video_setup函数在系统启动的时候解析cmdline中的“video=”参数，并将多个通过（video=）设置的参数字符串指针分别放到drivers/video/fbmem.c中全局的一个字符串指针数组中：

static char *video_options[FB_MAX] __read_mostly;

    如果你有多个“video=”参数，每个可以包含不同显器的配置参数。之后在显示控制器初始化代码中，你可以利用fbmem.c中导出的fb_get_options函数获取你要处理的那个显示器的参数video_options[i]。如使你在cmdline中存在以下字符串： 

video=dvo2:x:800,y:480,le:40,ri:88,up:13,lo:32,hs:48,vs:3,pclk:30000

    你就可以使用以下代码获取参数字符串的指针。

int ret = 0;
char *dvo2_option;
if ((ret =fb_get_options("dvo2", &dvo2_option)) != 0)  {
pr_debug("fb_get_options failed:%d\n", ret);
}
//处理结果为dvo2_option = "x:800,y:480,le:40,ri:88,up:13,lo:32,hs:48,vs:3,pclk:30000"

    接下来就是解析这些参数的问题了。由于在现有的内核中我没有找到相关的解析函数（虽然uboot说内核已经实现），所以我就借用了U-boot的video_get_params函数，修改出一个解析函数：

 video_param.rar   

void video_get_params (struct fb_videomode *pPar, char *penv)

    但是替换第一个参数的结构体为struct fb_videomode，这个结构体是Linux内核获取视频参数的标准结构体，和原来uboot中的struct ctfb_res_modes类似。

    在通过上面的代码获取了dvo2_option之后，就可以通过以下代码解析参数，并保存在struct fb_videomode中了：

struct fb_videomode video_port_option = {NULL, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1};
video_get_params (&video_port_option, dvo2_option);

    在获取了参数之后，有效数据（非-1）就可以用于初始化LCD控制器等显示设备。

    但是由于这些显示参数的使用（无论在uboot还是Linux内核中）都是在显示设备的初始化代码中的，所以无法实现参数解析的模块化，只能写尽量通用的函数，放在各初始化代码中使用。

    

五、在Linux下配置视频参数

    

     在进入了Linux系统之后，如果想要配置这些视频参数，就必须可以方便的配置uboot的ENV参数。这一点uboot早就帮我们做好了。请阅读：《Linux下访问u-boot环境变量简介》。

     如果需要配置和查看视频参数，你需要通过类似如下指令即可：

# fw_setenv dvo2_config  "x:800,y:480,le:40,ri:88,up:13,lo:32,hs:48,vs:3,pclk:30000"
# fw_printenv -n dvo2_config