HDMI

概述

功能简介

HDMI（High Definition Multimedia Interface），即高清多媒体接口，是Hitachi、Panasonic、Philips、Silicon Image、Sony、Thomson、Toshiba共同发布的一款音视频传输协议，主要用于DVD、机顶盒等音视频Source设备到TV、显示器等Sink设备的传输。HDMI传输过程遵循TMDS（Transition Minimized Differential Signaling）协议。

基本概念

• TMDS（Transition Minimized Differential signal）：过渡调制差分信号，也被称为最小化传输差分信号，用于发送音频、视频及各种辅助数据。

• DDC（Display Data Channel）：显示数据通道，发送端与接收端可利用DDC通道得知彼此的发送与接收能力，但HDMI仅需单向获知接收端（显示器）的能力。

• CEC（Consumer Electronics Control）：消费电子控制，该功能应该能够在连接HDMI的发送设备与接收设备之间实现交互操作。

• FRL（Fixed Rate Link）：TMDS的架构进行讯号传输时，最高带宽可达18Gbps，而FRL模式的带宽则提升到48Gbps。

• HDCP（High-bandwidth Digital Content Protection）：即高带宽数字内容保护技术，当用户对高清晰信号进行非法复制时，该技术会进行干扰，降低复制出来的影像的质量，从而对内容进行保护。

运作机制

在HDF框架中，HDMI的接口适配模式拟采用独立服务模式（如图1）。在这种模式下，每一个设备对象会独立发布一个设备服务来处理外部访问，设备管理器收到API的访问请求之后，通过提取该请求的参数，达到调用实际设备对象的相应内部方法的目的。独立服务模式可以直接借助HDFDeviceManager的服务管理能力，但需要为每个设备单独配置设备节点，增加内存占用率。

HDMI模块各分层作用：

• 接口层提供打开HDMI设备、启动HDMI传输、停止HDMI传输、声音图像消隐设置、设置色彩深度、获取色彩深度、设置视频属性、获取视频属性、设置HDR属性、读取Sink端原始EDID数据、注册HDMI热插拔检测回调函数、注销HDMI热插拔检测回调函数、关闭HDMI设备的接口。

• 核心层主要提供HDMI控制器的打开、关闭及管理的能力，通过钩子函数与适配层交互。

• 适配层主要是将钩子函数的功能实例化，实现具体的功能。

图 1 HDMI独立服务模式

约束与限制

HDMI模块当前仅支持轻量和小型系统内核（LiteOS），暂无实际适配驱动。

开发指导

场景介绍

HDMI具有体积小、传输速率高、传输带宽宽、兼容性好、能同时传输无压缩音视频信号等优点。与传统的全模拟接口相比，HDMI不但增加了设备间接线的便捷性，还提供了一些HDMI特有的智能化功能，可用于小体积设备进行高质量音视频传输的场景。

接口说明

HdmiCntlrOps定义：

struct HdmiCntlrOps {
    void (*hardWareInit)(struct HdmiCntlr *cntlr);
    void (*hardWareStatusGet)(struct HdmiCntlr *cntlr, struct HdmiHardwareStatus *status);
    void (*controllerReset)(struct HdmiCntlr *cntlr);
    bool (*hotPlugStateGet)(struct HdmiCntlr *cntlr);
    bool (*hotPlugInterruptStateGet)(struct HdmiCntlr *cntlr);
    void (*lowPowerSet)(struct HdmiCntlr *cntlr, bool enable);
    void (*tmdsModeSet)(struct HdmiCntlr *cntlr, enum HdmiTmdsModeType mode);
    int32_t (*tmdsConfigSet)(struct HdmiCntlr *cntlr, struct HdmiTmdsConfig mode);
    void (*infoFrameEnable)(struct HdmiCntlr *cntlr, enum HdmiPacketType infoFrameType, bool enable);
    int32_t (*infoFrameSend)(struct HdmiCntlr *cntlr, enum HdmiPacketType infoFrameType, uint8_t *data, uint32_t len);
    int32_t (*infoFrameDataSet)(struct HdmiCntlr *cntlr, uint32_t type, uint8_t *data, uint32_t len);
    int32_t (*cecMsgSend)(struct HdmiCntlr *cntlr, struct HdmiCecMsg *msg);
    void (*audioPathEnable)(struct HdmiCntlr *cntlr, bool enable);
    void (*audioPathSet)(struct HdmiCntlr *cntlr, struct HdmiAudioConfigInfo *config);
    void (*phyOutputEnable)(struct HdmiCntlr *cntlr, bool enable);
    void (*phyOutputSet)(struct HdmiCntlr *cntlr, struct HdmiPhyCfg *cfg);
    void (*blackDataSet)(struct HdmiCntlr *cntlr, bool enable);
    void (*videoMuteEnable)(struct HdmiCntlr *cntlr, bool enable);
    void (*videoPathSet)(struct HdmiCntlr *cntlr, struct HdmiVideoAttr *attr);
    void (*audioMuteEnable)(struct HdmiCntlr *cntlr, bool enable);
    void (*avmuteSet)(struct HdmiCntlr *cntlr, bool enable);
    int32_t (*ddcTransfer)(struct HdmiCntlr *cntlr, struct HdmiDdcCfg *ddcCfg);
    bool (*scdcSourceScrambleGet)(struct HdmiCntlr *cntlr);
    int32_t (*scdcSourceScrambleSet)(struct HdmiCntlr *cntlr, bool enable);
    void (*frlSet)(struct HdmiCntlr *cntlr);
    int32_t (*frlEnable)(struct HdmiCntlr *cntlr, bool enable);
    int32_t (*audioNctsSet)(struct HdmiCntlr *cntlr, struct HdmiFrlAudioNctsConfig *cfg);
    void (*frlTrainingConfigSet)(struct HdmiCntlr *cntlr, struct HdmiFrlTrainConfig *cfg);
    void (*frlTrainingStart)(struct HdmiCntlr *cntlr);
    void (*frlGetTriningRslt)(struct HdmiCntlr *cntlr, struct HdmiFrlTrainRslt *rslt);
    void (*hdcpRegInit)(struct HdmiCntlr *cntlr);
    int32_t (*hdcpGenerateAksvAndAn)(struct HdmiCntlr *cntlr);
    int32_t (*hdcpOptReg)(struct HdmiCntlr *cntlr, enum HdmiHdcpRegOptType type, uint8_t *data, uint32_t len);
    void (*hdrTimerSet)(struct HdmiCntlr *cntlr, struct HdmiHdrTimerConfig *config);
};

表 1 HdmiCntlrOps结构体成员的回调函数功能说明

开发步骤

HDMI模块适配包含以下四个步骤：

• 实例化驱动入口

  • 实例化HdfDriverEntry结构体成员。

  • 调用HDF_INIT将HdfDriverEntry实例化对象注册到HDF框架中。

• 配置属性文件

  • 在device_info.hcs文件中添加deviceNode描述。

  • 【可选】添加hdmi_config.hcs器件属性文件。

• 实例化HDMI控制器对象

  • 初始化HdmiCntlr成员。

  • 实例化HdmiCntlr成员HdmiCntlrOps方法集合。

• 驱动调试

  【可选】针对新增驱动程序，建议验证驱动基本功能，例如挂载后的信息反馈，HDMI传输等。

1. 实例化驱动入口

   驱动入口必须为HdfDriverEntry（在hdf_device_desc.h中定义）类型的全局变量，且moduleName要和device_info.hcs中保持一致。HDF框架会将所有加载的驱动的HdfDriverEntry对象首地址汇总，形成一个类似数组的段地址空间，方便上层调用。

   一般在加载驱动时HDF会先调用Bind函数，再调用Init函数加载该驱动。当Init调用异常时，HDF框架会调用Release释放驱动资源并退出。

   HDMI驱动入口参考：

   struct HdfDriverEntry g_hdmiDriverEntry = {
       .moduleVersion = 1,
       .Bind = HdmiAdapterBind,
       .Init = HdmiAdapterInit,
       .Release = HdmiAdapterRelease,
       .moduleName = "adapter_hdmi_driver", // 【必要且与HCS文件中里面的moduleName匹配】
   };
   HDF_INIT(g_hdmiDriverEntry);             // 调用HDF_INIT将驱动入口注册到HDF框架中
   

2. 配置属性文件

   完成驱动入口注册之后，下一步请在device_info.hcs文件中添加deviceNode信息，并在hdmi_config.hcs中配置器件属性。deviceNode信息与驱动入口注册相关，器件属性值对于厂商驱动的实现以及核心层HdmiCntlr相关成员的默认值或限制范围有密切关系。从第一个节点开始配置具体HDMI控制器信息，此节点并不表示某一路HDMI控制器，而是代表一个资源性质设备，用于描述一类HDMI控制器的信息。本例只有一个HDMI控制器，如有多个控制器，则需要在device_info文件增加deviceNode信息，以及在hdmi_config文件中增加对应的器件属性。

   • device_info.hcs配置参考

     root {
         platform :: host {
              device_hdmi :: device {
                 device0 :: deviceNode {
                     policy = 2;                                // 等于2，需要发布服务。
                     priority = 20;                             // 驱动启动优先级。
                     permission = 0644;                         // 驱动创建设备节点权限。
                     serviceName = "HDF_PLATFORM_HDMI_0";       //【必要】驱动对外发布服务的名称，必须唯一。
                     moduleName = "hdmi_driver";                //【必要】用于指定驱动名称，需要与期望的驱动Entry中的moduleName一致。
                     deviceMatchAttr = "adapter_hdmi_driver";   //【必要】用于配置控制器私有数据，要与hdmi_config.hcs中对应控制器保持一致。
                 }                                              // 具体的控制器信息在hdmi_config.hcs中。
              }
         }
     }
     

   • hdmi_config.hcs 配置参考

     root {
         platform {
             hdmi_config {
                 template hdmi_controller {     // 模板公共参数，继承该模板的节点如果使用模板中的默认值，则节点字段可以缺省。
                     match_attr = "";           //【必要】需要和device_info.hcs中的deviceMatchAttr值一致。
                     index = 0;                 //【必要】hdmi控制器编号
                     regBasePhy = 0x10100000;   //【必要】寄存器物理基地址
                     regSize = 0xd1;            //【必要】寄存器位宽
                     irqNum = 100;              //【必要】中断号
                     maxTmdsClock = 300;
                     videoTiming = 10;
                     quantization = 1;
                     colorSpace = 0;
                     colorimetry = 0;
                     audioIfType = 0;
                     audioBitDepth = 1;
                     audioSampleRate = 2;
                     audioChannels = 1;
                     hdrColorimetry = 4;
                     hdrUserMode = 1;
                     cap = 0xd001e045;
                 }
                 controller_0x10100000 :: hdmi_controller {
                     match_attr = "adapter_hdmi_driver";
                     index = 0;
                     regBasePhy = 0x10100000;
                     irqNum = 100;
                     maxTmdsClock = 400;
                     defTmdsClock = 300;
                     maxFrlRate = 600;
                     videoTiming = 10;
                     quantization = 1;
                     colorSpace = 0;
                     colorimetry = 0;
                     audioIfType = 0;
                     audioSampleRate = 2;
                     audioChannels = 1;
                     hdrColorimetry = 4;
                     hdrUserMode = 1;
                     cap = 0xd001e045;
                 }
             }
         }
     }
     

     需要注意的是，新增hdmi_config.hcs配置文件后，必须在对应的hdf.hcs文件中包含hdmi_config.hcs所在路径信息，否则配置文件无法生效。

3. 实例化HDMI控制器对象

   最后一步，完成驱动入口注册之后，要以核心层HdmiCntlr对象的初始化为核心，包括厂商自定义结构体（传递参数和数据），实例化HdmiCntlr成员HdmiCntlrOps（让用户可以通过接口来调用驱动底层函数），实现HdfDriverEntry成员函数（Bind，Init，Release）。

   • 自定义结构体参考

     说明：
     从驱动角度看，自定义结构体是参数和数据的载体。HDF会读取hdmi_config.hcs文件中的数值并通过DeviceResourceIface来初始化结构体成员，且其中一些重要数值（例如设备号、总线号等）也会被传递给核心层HdmiCntlr对象。

     struct HdmiAdapterHost {
         struct HdmiCntlr *cntlr;        //【必要】是核心层控制对象，具体描述如下。
         volatile unsigned char *regBase;//【必要】寄存器基地址
         uint32_t regBasePhy;            //【必要】寄存器物理基地址
         uint32_t regSize;               //【必要】寄存器位宽
         uint32_t irqNum;                //【必要】中断号
     };
     
     struct HdmiCntlr {
         struct IDeviceIoService service;
         struct HdfDeviceObject *hdfDevObj;
         struct PlatformDevice device;
         struct OsalMutex mutex;
         struct PlatformQueue *msgQueue;
         struct HdmiCntlrCap cap;
         struct HdmiAttr attr;
         struct HdmiCntlrOps *ops;
         uint32_t deviceIndex;
         uint32_t state;                 // 控制器状态
         enum HdmiTmdsModeType tmdsMode;
         struct HdmiDevice *hdmi;
         struct HdmiInfoframe infoframe;
         struct HdmiScdc *scdc;
         struct HdmiDdc ddc;
         struct HdmiFrl *frl;
         struct HdmiHdcp *hdcp;
         struct HdmiCec *cec;
         struct HdmiEvent event;
         struct HdmiHdr *hdr;
         void *priv;
     };
     

   • HdmiCntlr成员回调函数结构体HdmiCntlrOps的实例化

     static struct HdmiCntlrOps g_hdmiAdapterHostOps = {
         .hardWareInit = HdmiAdapterHardWareInit,
         .hardWareStatusGet = HdmiAdapterHardWareStatusGet,
         .controllerReset = HdmiAdapterControllerReset,
         .hotPlugStateGet = HdmiAdapterHotPlugStateGet,
         .hotPlugInterruptStateGet = HdmiAdapterHotPlugInterruptStateGet,
         .lowPowerSet = HdmiAdapterLowPowerSet,
         .tmdsModeSet = HdmiAdapterTmdsModeSet,
         .tmdsConfigSet = HdmiAdapterTmdsConfigSet,
         .infoframeEnable = HdmiAdapterInfoframeEnable,
         .infoframeSend = HdmiAdapterInfoframeSend,
         .infoframeDataSet = HdmiAdapterInfoframeDataSet,
         .cecMsgSend = HdmiAdapterCecMsgSend,
         .audioPathEnable = HdmiAdapterAudioPathEnable,
         .audioPathSet = HdmiAdapterAudioPathSet,
         .phyOutputEnable = HdmiAdapterPhyOutputEnable,
         .phyOutputSet = HdmiAdapterPhyOutputSet,
         .blackDataSet = HdmiAdapterBlackDataSet,
         .videoMuteEnable = HdmiAdapterVideoMuteEnable,
         .videoPathSet = HdmiAdapterVideoPathSet,
         .audioMuteEnable = HdmiAdapterAudioMuteEnable,
         .avmuteSet = HdmiAdapterAvmuteSet,
         .ddcTransfer = HdmiAdapterDdcTransfer,
         .scdcSourceScrambleGet = HdmiAdapterScdcSourceScrambleGet,
         .scdcSourceScrambleSet = HdmiAdapterScdcSourceScrambleSet,
         .frlSet = HdmiAdapterFrlSet,
         .frlEnable = HdmiAdapterFrlEnable,
         .audioNctsSet = HdmiAdapterAudioNctsSet,
         .frlTrainingConfigSet = HdmiAdapterFrlTrainingConfigSet,
         .frlTrainingStart = HdmiAdapterFrlTrainingStart,
         .frlGetTriningRslt = HdmiAdapterFrlGetTriningRslt,
         .hdcpRegInit = HdmiAdapterHdcpRegInit,
         .hdcpGenerateAksvAndAn = HdmiAdapterHdcpGenerateAksvAndAn,
         .hdcpOptReg = HdmiAdapterHdcpOptReg,
         .hdrTimerSet = HdmiAdapterHdrTimerSet,
     };
     

   • Bind函数参考

     入参：

     HdfDeviceObject是整个驱动对外呈现的接口参数，具备HCS配置文件的信息。

     返回值：

     HDF_STATUS相关状态 （表2为部分展示，如需使用其他状态，可参考//drivers/hdf_core/interfaces/inner_api/utils/hdf_base.h中HDF_STATUS的定义）。

     表 2 HDF_STATUS相关状态说明

    **函数说明：** 

    初始化自定义结构体对象HdmiAdapterHost，初始化HdmiCntlr成员，调用核心层HdmiCntlrAdd函数。
    
    HdmiCntlr，HdmiAdapterHost，HdfDeviceObject之间互相赋值，方便其他函数可以相互转化。

    ```c
    static int32_t HdmiAdapterBind(struct HdfDeviceObject *obj)
    {
        struct HdmiCntlr *cntlr = NULL;
        struct HimciAdapterHost *host = NULL;
        int32_t ret;
        cntlr = (struct HdmiCntlr *)OsalMemCalloc(sizeof(struct HdmiCntlr));
        if (cntlr == NULL) {
            HDF_LOGE("%s: malloc cntlr failed!", __func__);
            return HDF_ERR_MALLOC_FAIL;
        }
        host = (struct HimciAdapterHost *)OsalMemCalloc(sizeof(struct HimciAdapterHost));
        if (host == NULL) {
            HDF_LOGE("%s: malloc host failed!", __func__);
            return HDF_ERR_MALLOC_FAIL;
        }
        cntlr->priv = (void *)host;              //【必要】将host存放至cntlr的私有数据
        cntlr->ops = &g_hdmiHostOps;             //【必要】HdmiCntlrOps的实例化对象的挂载
        cntlr->hdfDevObj = obj;                  //【必要】使HdfDeviceObject与HdmiCntlr可以相互转化的前提
        obj->service = &cntlr->service;          //【必要】使HdfDeviceObject与HdmiCntlr可以相互转化的前提
        ret = HdmiAdapterCntlrParse(cntlr, obj); //【必要】初始化cntlr，失败则goto __ERR。
        ...... 
        ret = HdmiAdapterHostParse(host, obj);   //【必要】初始化host对象的相关属性，失败则goto __ERR。
        ......
        ret = HdmiAdapterHostInit(host, cntlr);  // 厂商自定义的初始化，失败则goto __ERR。
        ......
        ret = HdmiCntlrAdd(cntlr);               // 调用核心层函数，失败则goto __ERR。
        ......
        HDF_LOGD("HdmiAdapterBind: success.");
        return HDF_SUCCESS;
    __ERR:
        HdmiAdapterDeleteHost(host);
        HDF_LOGD("HdmiAdapterBind: fail, err = %d.", ret);
        return ret;
    }
    ```

- Init函数参考

    **入参：** 

    HdfDeviceObject是整个驱动对外暴露的接口参数，具备HCS配置文件的信息。
    
    **返回值：**

    HDF_STATUS相关状态。
    
    **函数说明**：
    
    实现HdmiAdapterInit函数。

    ```c
    static int32_t HdmiAdapterInit(struct HdfDeviceObject *obj)
    {
        return HDF_SUCCESS;
    }
    ```

- Release函数参考

    **入参：** 

    HdfDeviceObject是整个驱动对外暴露的接口参数，具备HCS配置文件的信息。
   
    **返回值：**

    无
    
    **函数说明：**

    释放内存和删除控制器，该函数需要在驱动入口结构体中赋值给Release接口，当HDF框架调用Init函数初始化驱动失败时，可以调用Release释放驱动资源。

    > ![](../public_sys-resources/icon-note.gif) **说明：**<br>
    > 所有强制转换获取相应对象的操作前提是在Init函数中具备对应赋值的操作。

    ```c
    static void HdmiAdapterRelease(struct HdfDeviceObject *obj)
    {
        struct HdmiCntlr *cntlr = NULL;
        ......
        cntlr = (struct HdmiCntlr *)obj->service;               // 这里有HdfDeviceObject到HdmiCntlr的强制转化，通过service成员，赋值见Bind函数。
        ......
        HimciDeleteHost((struct HimciAdapterHost *)cntlr->priv);// 厂商自定义的内存释放函数，这里有HdmiCntlr到HimciAdapterHost的强制转化。
    }
    ```

4. 驱动调试

   【可选】针对新增驱动程序，建议验证驱动基本功能，例如挂载后的信息反馈，HDMI传输等。