BIOS开发笔记 1 – 显示

前言

UEFI启动流程跑完前三阶段，UEFI环境的准备基本完成，到BDS阶段的任务就是准备引导OS。在此之前还需要使一些必要的输入输出设备工作起来，比如键盘，屏幕等，怎么让屏幕工作呢？这里有两个工作要做，一是UEFI Graphics Driver的初始化，二是平台GPU Driver的初始化。对于UEFI来说，如何去驱动GPU是未知的，因为设计的硬件都是封闭，只能由平台设计方提供相应的驱动，如Intel的GOP Driver，当然该驱动是要符合UEFI驱动模型的，这样UEFI Graphics Driver才能去调用它。

UEFI Graphics Driver与平台Graphics Driver的关系是怎样的呢？

我们可以追踪一下 EFI_GRAPHICS_OUTPUT_PROTOCOL 中 Blt() 函数实现的代码，该函数可在MdeModulePkg\Universal\Console\GraphicsOutputDxe\GraphicsOutput.c中找到原型，最终是将UEFI中需要绘制的图形数据放在一个Graphics Device 的Buffer中，GPU收到该Buffer后便转换成所配置的显示信号并输出该信号，屏幕收到信后后就可以显示了。

显示类型

显示类型是按显示接口来区分的，常见的有VGA，DVI，HDMI，DP，LVDS，MIPI等等。

为什么要设计出如此多种类的接口呢？这是各时期需求差异导致的结果。比如较早出现的VGA，分辨率只支持到1080，而后面出现的DP，HDMI则可以支持更高的分辨率和传输速率，而且还可以传输音频信号，这些也只是暂时的，也许到了未来，随着需求越来越大，可能还会出现功能更加强大的接口。

线路

对于集成显卡，不同平台的做法都有所不同，拿Intel带有集成显卡的CPU来说，Intel CPU的集显接口使用的是DDI（Digital Display Interface），其内部有个显示信号处理电路，如下图：

从这个DDI出来的信号可以配置成HDMI或DP，中间无需其它转换线路。看一下CPU的DDI信号：

一组DDI信号包含视频和音频信号，如果要设计成DP接口，则需要加上一组AUX（Auxiliary）辅助信号，AUX的用途包括读取扩展显示识别数据(EDID)，以确保DP信号的正确传输、读取显示器所支持的DP接口的信息，如主要通道的数量和DP信号的传输速率、进行各种显示组态暂存器的设定、读取显示器状态暂存器。此外，HPD热插拔检测信号也是需要的。

若设计成HDMI接口，需要把DP中用到的AUX换成DDC（Digital Display Channel），也可以说是一组I2C信号，它是由PCH出来的，作用与AUX也是类似，用于与屏幕之间的数据通信，如获取屏幕EDID数据，屏幕亮度控制等。下图是一个DP和HDMI一体的接口，展示了两种信号的设计方案。

那要设计一个VGA接口的线路又是怎样的呢？DDI出来的信号是DP或HDMI，要变成VGA信号则需要经过转换，转换的芯片很多，下图是使用IT6516B将DP转为VGA的线路：

要使VGA能正常使用，配置VBIOS或VBT的时候需要将该DDI信号配置成DP信号。

再看下EDP接口，EDP接口常用于笔记本的屏幕显示，Intel的CPU是有EDP信号出来的，所以也不需要转换可以直接拉出来使用。EDP的信号如下：

eDP屏有两个信号需要注意，PWM跟Backlight Enable Pin，前者用于控制背光，后者是背光使能，背光使能需要Enable，否则会黑屏。大部分情况下这俩个信号是接到桥片或CPU上的，但也有的平台可能没有PWM或其它原因，会接到EC，由EC去控制屏幕背光。

还有一种特别为Mobile设备（手机，平板）制定的接口MIPI，MIPI接口可以作为摄像头接口CSI、显示接口DSI、射频接口DigRF、麦克风/喇叭接口SLIMbus等，这里只讨论显示接口DSI。从线路信号来看，MIPI DSI的跟EDP很相似，但是驱动方式有些差异。MIPI显示屏的初始化是需要一组命令来完成的。命令主要有几个部分：

1.上电时序

2.背光开关

3.Reset控制

4.VDD控制

由于MIPI DSI比较特殊，是否能够使用还是需要查阅平台手册的。

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显示部分到处结束，后续再写写如何配置VBT，BIOS笔记序列是讨论原理性的文章。。