从硬件到内核：彻底理解 HDMI 在 DRM 显示驱动中的连接机制

在嵌入式 Linux 系统中，HDMI 是最常见的显示输出方式之一。在 NXP i.MX8M Plus 平台中，HDMI 显示通路既涉及硬件电路（PHY、ESD、DDC 等）也涉及内核 DRM 子系统的多级抽象（Plane、CRTC、Encoder、Connector）。

本文将从底层硬件、设备树配置、DRM 架构三个维度，一步步讲透 HDMI 显示系统在 Linux 中是如何连接、注册与驱动的。

一、HDMI 显示系统的物理组成

从硬件层面看，HDMI 接口不仅仅是几根差分线，还包括以下模块：

此外，DDC I2C 通道用于读取显示器的 EDID 信息（分辨率能力等），HPD（Hot Plug Detect）用于检测是否插入显示器。

二、Linux 内核中的显示通路架构（DRM/KMS）

Linux 使用 DRM (Direct Rendering Manager) + KMS (Kernel Mode Setting) 构建显示子系统。

一条完整的显示路径由以下模块构成：

Plane → CRTC → Encoder → Connector

DRM 会根据设备树中的 port 和 endpoint 自动识别连接关系并建立显示拓扑。

三、设备树中的 HDMI 配置详解

在 i.MX8MP 平台上，HDMI 相关设备树配置如下：

hdmi: hdmi@32fd8000 {
  compatible = "fsl,imx8mp-hdmi";
  reg = <0x32fd8000 0x7eff>;
  interrupts = <0 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>;
  power-domains = <&hdmi_blk_ctrl IMX8MP_HDMIBLK_PD_HDMI_TX>;
  clocks = <&clk IMX8MP_CLK_HDMI_APB>,
           <&clk IMX8MP_CLK_HDMI_24M>,
           <&hdmiphy 0>;
  clock-names = "iahb", "isfr", "pix";
  status = "okay";

  port {
    hdmi_from_lcdif3: endpoint {
      remote-endpoint = <&lcdif3_to_hdmi>;
    };
  };
};

同时，lcdif3 控制器（Plane/CRTC）也需要在设备树中声明与 HDMI 相连：

&lcdif3 {
  status = "okay";

  port@3 {
    lcdif3_to_hdmi: endpoint {
      remote-endpoint = <&hdmi_from_lcdif3>;
    };
  };
};

通过 remote-endpoint，完成了 LCDIF3 (CRTC) → HDMI (Connector) 的连线。

四、HDMI 是如何作为 DRM Connector 被注册的？

当系统启动时，Linux DRM 框架会扫描所有 port 和 endpoint 节点，建立图形设备拓扑。

在 HDMI 驱动中，通常调用如下代码将其注册为 drm_connector：

struct drm_connector *connector;
connector = devm_kzalloc(...);
drm_connector_init(dev, connector, &hdmi_connector_funcs, DRM_MODE_CONNECTOR_HDMIA);
drm_connector_helper_add(connector, &hdmi_connector_helper_funcs);

这就完成了 HDMI 作为一个类型为 HDMI-A 的显示输出接口的注册。

一旦连接建立，KMS 将负责：

• 读取 EDID：通过 DDC 获取显示支持的分辨率
• 设置 mode：CRTC + encoder 配合调整时序
• 处理热插拔：HPD 管脚绑定的中断控制器响应

五、调试建议

• 使用 modetest 查看 DRM 拓扑与支持的分辨率：

  modetest -M imx-drm
  

• 检查 EDID 读取是否正常：

  cat /sys/class/drm/card0-HDMI-A-1/edid | edid-decode
  

• 若屏幕无显示，检查：

  • hdmi, hdmiphy 节点是否开启（status = "okay"）
  • 是否存在 panel 或 bridge 未正确初始化
  • 是否有 HPD 中断（GPIO trace）

六、总结：DRM 架构下 HDMI 的连接机制全流程

七、延伸学习建议

• 深入阅读：Linux Kernel drivers/gpu/drm/imx/*hdmi* 驱动实现
• 理解 HDMI 协议（TMDS、DDC、CEC）的基础电气特性
• 将 HDMI 更换为 MIPI DSI 或 eDP 时，识别 pipeline 变化点

你只需亲手调通一个 HDMI 显示通路，理解一次完整的 CRTC → Encoder → HDMI 连接路径，这些概念就不会再模糊。

愿你真正掌握显示系统架构，在屏幕背后做图像输出的操控者。