Linux 嵌入式外设屏接口介绍

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                                 本章节将梳理下嵌入式外设屏幕接口相关的介绍，对于一个嵌入式驱动开发工程师，对屏幕都可能接触到一些相关的的调试，这里首先把基础相关的知识梳理。1. 引言在嵌入式开发过程中，使用到的液晶屏有非常多的种类，根据不同技术和特性分类，会接触到TN液晶屏，TN液晶屏 VA液晶屏 VA液晶屏  AMOLED屏幕  AMOLED屏幕 E-Paper屏幕（电子墨水屏幕） 等等，还有一些新显示技术在崛起，会有更多更好的显示屏，从以前的又大又笨重显示屏，到如今如此薄显示效果更是惊人，不过说了这些液晶屏的种类。对于这些屏幕的接口种类也是非常多，从简单说起的接口：MCU，RGB ，再到后面发展的LVDS MIPI ,  TTL EDP，HDMI 不同的接口使用的领域，还有效果都有着比较大的差别，接下来将一一讲述这些接口。2.  MCU接口与RGB接口MCU接口与RGB接口这两种屏幕通常放在一起描述。
2.1 MUC接口MCU接口屏（Microcontroller Unit Interface Screen）是一种设计用于与微控制器单元（MCU）或微处理器进行通信的显示屏。这种显示屏通常具有简单的接口和控制协议，以便与微控制器或嵌入式系统集成在一起，以显示文本、图像或其他信息。MCU接口又分为两种8080模式和6800模式，这两者之间主要是时序的区别;数据位传输有8位，9位，16位，18位，24位; 连线分为：CS/，RS(寄存器选择），RD/，WR/，再就是数据线了。- CS： 片选信号——（如果有多片可接译码器，通过地址进行访问）
- WR：写入数据控制信号——（连接CPU的RD或IOR）
- RD： 读取数据控制信号——（连接CPU的WR或IOW）
- D[7：0]：8 位双向数据线——（连接CPU数据总线）
- RST(RES)：复位线——（连接系统总线RESET）
- D/I（DC）：命令/数据标志（0，读写命令；1，读写数据）
比如常见的字符型液晶屏：
LCD1602A

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图2.1 LCD1602A
2.2 RGB接口RGB屏幕接口通常指的是一种使用红色（R）、绿色（G）、蓝色（B）三种基本颜色通道进行图像传输的显示屏接口。这种接口通常用于需要高质量彩色图像显示的应用，如计算机显示器、电视、手机、平板电脑和其他多媒体设备。
基本原理：
RGB屏幕接口通过使用三种基本颜色（红、绿、蓝）的不同亮度和混合来创建各种颜色。每个像素通常由三个子像素组成，分别对应于红、绿和蓝三种颜色通道。通过调整这些子像素的亮度，可以创建所需的颜色。这种接口通过RGB信号线传输图像数据，每个信号线对应于红、绿、蓝三种颜色通道的一个。接口类型：
并行 RGB串行 RGB

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图2.2.1 并行RGB 接口
信号线描述VSYNC帧同步信号HSYNC行同步信号DE数据使能信号DCLK数据时钟信号DATA数据信号

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图2.2.2 串行RGB 接口
信号线描述VSYNC帧同步信号HSYNC行同步信号DCLK数据时钟信号DATA数据信号I2C/SPI参数配置接口串行数据传输方式：在并行RGB接口中，每个颜色通道（红色、绿色、蓝色）使用单独的并行数据线传输。通常，每个颜色通道有自己的一组数据引脚，如R0-R7、G0-G7、B0-B7。这意味着同时可以传输多个像素的数据，因此可以实现较高的数据传输速率。
并行数据传输方式：在并行RGB接口中，每个颜色通道（红色、绿色、蓝色）使用单独的并行数据线传输。通常，每个颜色通道有自己的一组数据引脚，如R0-R7、G0-G7、B0-B7。这意味着同时可以传输多个像素的数据，因此可以实现较高的数据传输速率。
并行RGB接口常用于高分辨率显示、计算机显示器和其他需要高速数据传输的应用。串行RGB接口通常用于一些资源受限、或者对引脚数量有限制的嵌入式系统、小型显示屏和一些消费电子设备中3. LVDS 接口屏LVDS（Low Voltage Differential Signaling）是一种常见的数字信号传输接口，广泛用于连接液晶显示屏、摄像头、数据采集设备和其他高速数据传输应用。LVDS接口具有高带宽、低功耗和抗干扰能力强等特点，使其在工业、医疗、汽车、通信和计算机领域得到广泛应用。特点：
差分信号传输：LVDS接口使用差分信号传输数据。差分信号包括正向信号和反向信号，它们之间的差分电压表示数据位。这种差分传输方式具有抗干扰能力强的优势，可以减少信号传输过程中的电磁干扰。低电压和低功耗：LVDS接口通常工作在低电压水平，如1.2V或1.8V。这不仅有助于减少功耗，还有助于减小电路的热量产生。高带宽：LVDS接口支持高带宽传输，因此非常适合需要传输大量数据的应用，如高分辨率图像和高速传感器数据。远距离传输：LVDS可以在较长距离上进行可靠的信号传输，因此适用于需要将信号从一个地方传输到另一个地方的应用，而不会丧失信号质量。应用领域：LVDS接口常见于液晶显示屏、高清视频设备、摄像头、工业控制系统、医疗设备、汽车电子、通信设备和数据采集设备等领域。接口类型：

a. 6位LVDS输出接口
这种接口电路中，采用单路方式传输，每个基色信号采用6位数据，共18位RGB数据，因此，也称18位或18bit LVDS接口。

b. 双路6位LVDS输出接口
这种接口电路中，采用双路方式传输，每个基色信号采用6位数据，其中奇路数据为18位，偶路数据为18位，共36位RGB数据，因此，也称36位或36bit LVDS接口。

c. 单路8位LVDS输出接口
这种接口电路中，采用单路方式传输，每个基色信号采用8位数据，共24位RGB数据，因此，也称24位或24bit LVDS接口。

d. 双路8位LVDS输出接口
这种接口电路中，采用双路方式传输，每个基色信号采用8位数据，其中奇路数据为24位，偶路数据为24位，共48位RGB数据，因此，也称48位或48bit LVDS接口。

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图3.1 LVDS screen
如图3.1 LVDS 接口可以看到有4组数据差分对（D0,D1, D2, D3）一个CLK差分对（CK）
4. MIPI -DSI接口屏MIPI（移动行业处理器接口）是Mobile Industry Processor Interface的缩写。MIPI联盟成立于2003年，是一个标准组织，旨在促进移动设备设计中硬件和软件的标准化，从而简化许多不同且快速变化的技术的集成。通过手机内部接口的标准化，如摄像头接口、显示接口、射频/基带接口，降低了手机设计的复杂度，增加了设计的灵活性。
MIPI - DSI （Display Serial Interface）定义了一个位于处理器和显示模组之间的高速串行接口，具备单一接口驱动4块显示屏的能力，以及对缓冲和非缓冲面板的支持。
特点：
高带宽：MIPI接口支持高带宽传输，使其能够处理高分辨率图像和视频数据。这对于现代移动设备中的高清、4K和8K显示非常重要。低功耗：MIPI接口被设计为低功耗标准，这对于移动设备至关重要，因为它有助于延长电池寿命。低功耗设计也有助于减少设备的发热。可靠性：MIPI接口的标准化和严格的测试确保了在不同设备和厂商之间的互操作性和可靠性。快速速度：MIPI D-PHY支持高达4 Gbps的数据传输速度，可以满足高分辨率、高刷新率和高质量图像的要求。MIPI 接口物理连接方式如图

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图4.1 MPI接口 ?p?物理连接方式?MIPI-DIS 由应用层，协议层，信道管理层和物理层组成，如图4.2  MIPI-DSI 层结构

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图4.2 MIPI-DSI 层结构
5. eDP 接口屏eDP：(Embedded DisplayPort)eDP是DP接口的衍生版本，应用于电路板与LCD的驱动大都采用eDP方式，所以这里不讨论DP方式。
eDP信号接口主要是由Main Link、AUXCH与HPD三部分组成。

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图51 eDP 屏幕接口
Main Link（主链路）：Main Link 是 eDP 接口中的核心部分，用于传输图像和视频数据。它包括多个差分信号通道，通常用于传输红、绿、蓝（RGB）图像数据以及同步信号。Main Link 提供高带宽和高分辨率的支持，以传输高质量的图像和视频内容。eDP标准通常定义了不同版本的Main Link，以满足不同应用需求，如1.1、1.2、1.3等版本。AUXCH（辅助通道）：AUXCH 是 eDP 接口的辅助通道，用于传输控制和配置信息，如显示器标识、分辨率、刷新率、颜色深度等。AUXCH 通道还支持显示器和源设备之间的双向通信，以便进行协商和通信协议的交换。这使得 eDP 接口能够智能地与显示器进行通信和适应不同的显示要求。HPD（Hot Plug Detect，热插拔检测）：HPD 是 eDP 接口的另一个重要组成部分，用于检测显示器是否已连接或断开。当用户连接或断开显示器时，HPD 信号会发生变化，源设备可以根据这个信号来检测并响应连接或断开事件。这允许热插拔支持，用户可以在不重新启动设备的情况下连接或断开显示器。BLControl：背光控制引脚，在上面图里也说过，对于1.2及以上版本，这个是可选的，如果LCD支持1.2及以上，硬件接口连接是可以不用背光控制引脚，直接通过AUX来控制背光。综合来说，eDP 接口的三个主要部分共同工作，实现了高带宽图像和视频数据传输（Main Link）、控制和配置信息传输（AUXCH）以及连接检测（HPD）。这使得 eDP 接口成为连接移动设备和嵌入式系统显示器的一种高性能、灵活和智能的标准接口。
6. HDMI 接口屏接口定义a. High-Definition Multimedia Interfaceb. 数字接口，同时传输视频和音频c. 传输非压缩视频数据和压缩/非压缩的数字音频数据版本对比HDMI Version1.01.11.21.31.42.0Max TMDS Throughput1.65Gbps1.65Gbps1.65Gbps3.4Gbps3.4Gbps6GbpsMax Audio Throughput36.86Mbps36.86Mbps36.86Mbps36.86Mbps36.86Mbps49.152MbpsMax Color Depth24bit24bit24bit48bit48bit48bitMax Resolution1920x1200@p601920x1200@p601920x1200@p602560x1600@p754096x2160@p304096x2160@p60

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7. 总结MCU、RGB、LVDS、MIPI、TTL、EDP和HDMI接口简单对比：
接口功耗接线复杂度使用领域MCU低简单低分辨率、嵌入式系统、字符型液晶屏等RGB中等中等高质量图像显示、计算机显示器、电视等LVDS低中等高分辨率、工业控制、医疗设备、汽车信息娱乐MIPI低低/中等移动设备、嵌入式系统、虚拟现实、相机模块等EDP低中等高分辨率笔记本电脑、平板电脑、嵌入式系统等HDMI高中等/高高清晰度电视、监视器、投影仪、消费电子等DP高高高分辨率多显示器设置、专业显示器、工作站等