FIMD架构分析

作者：邹南,华清远见嵌入式培训中心讲师。

一、名称含义（FIMC& FIMD）

FIMC :
                Fully Interactive Mobile Camera （完全交互式移动摄像机）
        FIMD: 
                Fully Interactive Mobile Display （完全交互式移动显示设备）

二 、FIMD 体系分析

Lcd 的基本特性如下：

●    The conventional RGB interface 
        ●    The indirect-i80 interface 
        ●    ITU-R BT.601
        ●    ITU-R BT.656

每种接口支持 5 overlay image windows

●    win 0(base): local /(YCbCr,RGB without pallette)
        ●    Win 1(overlay 1): RGB (palette)
        ●    Win2(overlay 2) : RGB (palette)
        ●    Win 3(caption ) 标题层：RGB(1/2/4)with 16 level color LUT (16级1,2,4bits颜色对照表)
        ●    Win4 (cursor) 光标层： RGB(1/2) with 4 level color LUT (RGB 1,2bits 颜色对照表)

在测试过程中，我们只关注RGB接口，所以我们这里是考察RGB类型interface的时序。

LCD 一般需要三个时序信号：VSYNC、HSYNC 和VCLK。VSYNC 是垂直同步信号，在每进行一个帧（即一个屏）的扫描之前，该信号就有效一次，由该信号可以确定LCD 的场频，即每秒屏幕刷新的次数（单位Hz）。HSYNC 是水平同步信号，在每进行一行的扫描之前，该信号就有效一次，由该信号可以确定LCD 的行频，即每秒屏幕从左到右扫描一行的次数（单位Hz）。VCLK 是像素时钟信号，理说，对于一个已知尺寸（即水平显示尺寸HOZVAL 和垂直显示尺寸LINEVAL 已知）的LCD 屏，只要确定了VCLK 值，行频和场频就应该知道了。但这样还不行的，因为在每一帧时钟信号中，还会有一些与屏显示无关的时钟出现，这就给确定行频和场频带来了一定的复杂性。如在HSYNC 信号先后会有水平同步信号前肩（HFPD）和水平同步信号后肩（HBPD）出现，在VSYNC 信号先后会有垂直同步信号前肩（VFPD）和垂直同步信号后肩（VBPD）出现，在这些信号时序内，不会有有效像素信号出现，另外HSYNC 和VSYNC信号有效时，其电平要保持一定的时间，它们分别叫做水平同步信号脉宽HSPW 和垂直同步信号脉宽VSPW，这段时间也不能有像素信号。因此计算行频和场频时，一定要包括这些信号。HBPD、HFPD 和HSPW 的单位是一个VCLK 的时间，而VSPW、VFPD 和VBPD 的单位是扫描一行所用的时间。

说明下：其中的HSPW ,HBPD,HFPD,VSPW,VSPD,VFPD都是可编程的。

再来看下lcd时钟源：

整个FIMD可选用两路时钟源，一路是HCLK1，即D1_BUS，第二路是SCLK_LCD，它可由MPLL分流，也可由EPLL分流。具体需要配置时钟相关的寄存器。这里笔者推荐使用SCLK_LCD这一路，且由MPLL过来的时钟源。(Lcd max clock is 66Mhz),在测试中我们使用的是9Mhz；

如下是FIMC通用接口以及功能。

整个lcd control可以分为 data enter , data process ,data display 三个部分，每个环节都有自己的技术特点，data enter 分为两路，一路是内置dma , 一路是本地fifo。

前者是通过axi master从内存中的某一片area直接引用进来，可以看成是种映射，也可以是把内存关联好后，开启dma。让它自行数据获取。再来说说后者，后者是一种fimd/c框架的特点，它是fimc 到fimc的本地通信手段，它避开了AXI总线。直接通道数据存取，使得性能更强劲。

再来看看，data process部分，data process部分具体罗列如下

1、windows blending (alpha euqation)

<1> Alpha Blending Function

简单解释下这两个线性方程，B' 是一个色值函数，它由A的色值分量与B的色值分量线性叠加而成。此处，A的色值来自win(n+1),B的色值来自win(n), a,b则是线性因子。我们只需要考虑a,b的值，就可以得到我们想要的结果，同理alphaB' 是一个B'色值的伴随灰度值函数，专业点说，就是一组alpha通道。

它的构成与前一个方程是同构的。 p,q也是线性因子，这样4个因子决定了两个窗口的最终叠加色值以及伴随alpha的值。（注意，a,b,p,q是只能可选值，从图中可以看出这一点。）

在FIMD中，只需要配置WINn blending equation control register，并将具体的因子配好后，就可以实现了，注意5个窗口需要同时配置方程。

在来重点考察下alphaB灰度值，它是一个8bits的值，从0-255分别代表了不同的灰度级。从方程中可以看出，如果一个alpha值与一个色值相乘后，就会得到一个该色值的分量，这样两个窗口的叠加就靠不同的灰度来确定。换句话说，如果要使得win1-win4窗体整体透明，那必须要使得win1-win4的灰度级最高，则使得alpha value为0，并且色值方程配置pn=0,qn=0,an=alphaA,bn=(1-alphaA),其中n={1,2,3,4}即可实现window 0显示，而其他窗口透明。

2、virtual display

作用：虚拟显示就是所谓的局部显示，显示一张尺寸超过lcd显示屏的图片。

现在来说下虚拟现实的方式，其实虚拟显示主要就是靠在一次帧中得偏移计算得到，我们知道，在framebuffer中存放的就是要显示的数据，假如现在我们显示的是一张16bits（R:5：G6：B5）bpp, non-pallette的位图。那一个pixel就占用了两个bytes，并且Lcd显示屏的标准输出像素是480*272，这样每一帧实际内存占用大小就是480*272*2个字节。但是如果图片的本身大小假设是960*544,那它的内存占用大小则是960*544*2，也就是说，我们只要能计算出想要开始显示的位置，那就可以输出我们想要的效果：

Offset = framebuffer_start_address+x * 2 + y * 480 * 2；

但是一定判断是否跃出framebuffer的最大长度以及输出的帧的有效位置，如果超过了，那么很可能会图片扭曲。注意，s5pc100的最大虚拟显示分辨率可达16M.

3、CSC（color space convertor）

这是一个图形格式转换的接口，它提供了一个从本地fifo拿到的YCrCb格式的数据转换成RGB格式的功能。

三、 program module flow

<1>配置 video main control(n,0-2) register 这类寄存器基本控制了整个control的时钟属性，扫描方式，输出格式的选择，VIDEO output的输出使能，获取当前帧使能。
        <2>配置 video time control(n,0-2) register，该类寄存器配置了lcd显示屏的物理极性，时序间隔，输出尺寸。
        <3>配置 window （n，0-4） control register ，数据输入路径选择，交换数据长度。Burstlen，BPPmode的配置等。
        <4>配置alpha equation blending factor以及 window alpha_n control register，配置混合方程因子，以及配置alpha通道的值。
        <5>配置windows (n,0-4) postion control register ，窗体位置信息。包括OSD infomation。
        <6>绑定framebuffer地址。
        <7>window(n,0-4),输出使能。

按照这7步，只要时钟是正确范围内的配置，一般是有图像输出的。

四：总结FIMD

在整个移植裸机的过程中，发现了一些问题以及解决方案，先罗列如下：

1、上电后,lcd屏幕全为白色，表示工作就位。
        2、测试时候，如果出现蓝色背景，并且会有一个周期的缓慢刷新过程，则表示VIDEO MAIN的寄存器配置有问题。
        3、如果LCD仅仅是绿色背景，有可能也带有一些浮纹，则表示BPPMODE没有选择正确。
        4、图片扭曲，则说明OSD_HSIZE /OSD_WSIZE没有设置正确，或者horizontal/lineval没有配置正确。因为它的时序发生混乱了。需要调整正确才能正常显示图片。