显示技术介绍(1)_概述

逃离我推掉我的手 2023-08-17 16:46 47阅读 0赞

转自蜗窝科技：[http://www.wowotech.net/display/display\_tech\_overview.html][http_www.wowotech.net_display_display_tech_overview.html]

1. 前言

本文是显示子系统的第一篇文章，介绍嵌入式系统显示有关的硬件组成，进而拆分为相对独立的模块，以便在后续的文章中一一介绍。

2. 显示的本质

人类和外界进行信息交互的方法有如下几种：

> 1）通过听觉、视觉、触觉、嗅觉从外界接收信息。
> 
> 2）通过声音、动作（包括表情）、直接接触、气味向外界发送信息。

“显示”是相对人的视觉而言的，凡是人可以看到的东西，都可以称作“显示”。而在嵌入式系统（其它系统也相同）中，特指通过视觉，向人传递信息的过程。因此，显示的本质是，两个系统之间进行信息交互的一种手段，其中一个系统是人类，为信息接收方，另外一个是各种产品，为信息的发送方，如下：

[![display][]][display 1]

上图系统1，将是显示子系统需要描述的对象。而系统2，就是大家比较熟悉（又非常陌生）的人类自身，“可视信号接收”就是眼睛，“可视信号解析”就是大脑。

这里之所以把这么简单的过程通过框图的形式表示出来，其实是想让大家的思考：

> 系统2（人类），之所以是这个形态（视觉），是因为这是和这个世界交互的一种好方法。但和我们的产品交互，就不一定了，想象一下图中的红色虚线？是不是很有意思？

3. 显示相关的硬件组成

由第2章的图片可知，对一个系统来说，要生成人眼可以看到的显示信号，必须具备“显示内容生成”和“将显示内容转换为人眼可见的光信号”两个部分，在我们比较熟悉的消费类电子产品中（如电脑、手机），主要由如下硬件组成：

[![display\_hardware][display_hardware]][display_hardware_display_hardware]

说明如下：

> 1）我们通常所说的显示屏（或者显示器），称作显示模组（display module），主要由显示面板（display panel）和显示驱动器（display driver）两部分组成。
> 
> 2）display panel的主要任务就是发光，但发光可是个技术活，一般人还做不了。这就是display module通常以独立的硬件模块的形式存在的原因：做面板的，专心研究怎么发光、怎么发好光就行了；而做产品的，直接把模组拿来用即可。既经济，又实惠，皆大欢喜。
> 
> 3）display driver有两个功能：按照一定的格式（由display interface规定），接收显示内容；控制显示面板发光，将显示内容显示在屏幕上。
> 
> 4）display interface充当了通信协议的角色，通过它，主控和显示模组按照协商好的方式沟通，就可以分开了。
> 
> 5）display controller和display driver的极角色类似，功能也有两个：以一定的方式，接收主控发送过来的显示数据；将显示数据转换为display interface规定的格式，发送给display driver。
> 
> 6）剩下的最重要的事情，就是显示内容的生成了。在很长的一段时间内，显示屏的像素还比较小（如320x240），UI界面还比较简单，一般都是通过CPU直接绘制，生成需要显示的图像数据，交给display controller显示。
> 
> 7）慢慢的，显示屏像素变大了（如1920x1080），与此同时，UI界面变得越来越复杂，显示内容生成的过程中，可以需要其它额外操作，例如多个UI画面的叠加、颜色格式转换、旋转、缩放、透明度处理、等等。这个时候，再让CPU做这些事情，就会严重影响CPU处理其它事情的能力，因此一个单独的硬件模块产生了。这个硬件模块就是一个协处理器，协助CPU处理显示相关的数据处理，不同厂商对这个模块的命名不同，一般称作2D加速模块（相对于GPU的3D绘制而言）。
> 
> 8）再后来，更复杂的场景出现了，例如大型游戏，需要实时产生很多带有特殊效果的图像，例如带3D特效的图像等等，单独的显示处理模块出现了。它也是一个协处理器，和CPU拥有相同的总线地位，负责处理所有图形相关的操作，通过称作GPU或者显卡。
> 
> 9）GPU（或显卡）的功能是如此强大，以至于所有2D加速模块的任务都可以通过GPU完成，所以有些平台就不再单独提供2D加速模块，转而实用GPU内部的2D功能。这也是上面图片2D模块为虚线框的原因。但GPU的强大是需要付出代价的，就是功耗代价。对于对功耗敏感的嵌入式平台，2D模块通常是有保留的必要的（在Android平台称作H/W composer）。
> 
> 10）在GPU和2D加速模块共存的系统中，GPU一般处理图像绘制、3D生成、特效处理等和图像内容有关的事情，2D模块处理后期的合成、缩放、格式转换等操作。
> 
> 11）最后，有些产品有多屏互动的需求，如带有HDMI功能的手机，在显示屏上显示的同时，通过HDMI线将显示内容投射到电视上。此时系统内可能存在多个不同形式、不同技术的display controller。

4. 后续工作

本文只是对显示技术进行一个简单的介绍，后续将会通过硬件和软件两条线，进行更详细的分析。

硬件方面，将会包括如下的系列文章：

> 显示面板有关的技术介绍，介绍不同的面板技术，如之前的CRT，现在的液晶、等离子，未来的激光等等。
> 
> 显示接口有关的技术介绍，如RGB、HDMI、EDP等等。
> 
> 2D、3D加速有关的技术介绍，如GPU等。

软件方面，将会以原生linux平台为例，介绍显示有关的软件框架以及各个软件模块实现方法，具体可以参考后续“linux显示子系统”的文章。

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