泰山派MIPI DSI 转 RGB 适配器 - 嘉立创EDA开源硬件平台

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**本文档只做与本项目密切相关内容的说明，其他有关知识请参考其各自的文档。** 本文档基于泰山派/Rockchip SDK的 buildroot 工具集，Ubuntu 等其他系统虽然未经测试，但应该可以通用。 本文档不详细讲解泰山派/Rockchip SDK / Linux设备树/STM32 的使用方法，读者需自行掌握。 本项目只适配泰山派开发板的MIPI接口和测试用的液晶屏FPC线序，需要匹配其他开发板的MIPI接口和其他液晶屏，需自行修改工程中的线序、设计转接板或者使用成品转接板对FPC线序进行转接等，转接方法见下文硬件部分。 本项目不涉及触摸部分，需要触摸功能请参考泰山派文档使用泰山派的触摸接口。 在下文中，MIPI Rate、Lane Rate、MIPI Lane Rate 都是指同一个数据，只是用词不一样。
# 硬件部分，ICN6211 转换芯片以及 STM32 debug 芯片 ###### 电路板最少只需要焊接 ICN6211，4颗电容以及 MIPI侧和 RGB 侧的FPC连接器即可使用，如需进一步研究ICN6211，可以焊上STM32以及相关阻容、6pin连接器等，使用STM32的I2C接口对ICN6211进行初始化和Debug。 ###### 在最简配置下，成本仅需7.6元，极大的拓展了泰山派可使用屏幕的范围。 ###### ###### 嘉立创免费打样电路板      0元 ###### ICN6211                          5元 ###### 4颗0603电容                 0.1元 ###### 2个FPC连接器              2.5元 ###### 总计                            7.6 元 ###### 如果需要增加debug、初始化用的 STM32G030K8T6, 需要额外的3元钱

### 使用说明： ###### 1\. 泰山派的 MIPI DSI 接口已经提供了液晶背光电源，使用该电源时请注意正负极，反接将有可能会损坏设备。 ###### 2\. 泰山派 MIPI DSI接口背光电源默认配置电流为恒流111毫安，请注意使用的液晶屏的工作电流，如果液晶屏工作电流远小于111毫安，有如下两种方法调整： ###### 2.1 **方法1:** 调整泰山派的R95, R96电阻，拆掉一颗电阻可使背光电流降低至55.5毫安，或者仔细阅读 SY7201ABC 背光驱动芯片文档根据200mV反馈电压自行设计选取合适的电流配置电阻。 ###### 2.2 **方法2:** 在软件部分提到的设备树文件 **tspi-rk3566-dsi-v10.dtsi** 中，将背光PWM降低，输出电流大致为 111 * PWM / 255 (mA), 方法2未经验证，请小心使用。 ###### 3\. 如果使用已经安装了背光驱动板的液晶屏，需要从泰山派上的40Pin 扩展针座引出5V电源 **VCC5V0_SYS** (或液晶屏驱动板所需电压的电源），而不要使用泰山派MIPI DSI接口提供的背光电源 ###### 4\. 最简配置所需焊接的器件： ```     U1,     C1, C2, C3, C4     FPC1, FPC2 ``` ###### 5\. C13\, C14\, C15\, C16\, C17\, C18 是为ICN6211的VDD1\-VDD3设计的去耦电容，在ICN6211可以搜索到的文档中并未提及，经初步测试，不焊接这些电容ICN6211也可以工作。 ###### C1, C2, C3, C4 连接到ICN6211内部给核心供电的 LDO，ICN6211文档中明确指出必须要有**，至少需要1uF + 10nF 两颗电容。** ###### 6\. 两个螺丝孔对应泰山派的短边螺丝孔，可以通过铜柱与泰山派连成一体 ###### 7\. MIPI 侧连接器 FPC1使用 31pin 0\.5mm FPC 上接，如果购买的FPC排线上，有Pin 编号的数字，请忽略，以板上和原理图的 Pin 编号为准。 ###### 8\. RGB 侧连接器 FPC2 使用 50 pin 0\.5mm FPC 上下接，方便更换各种同向、异向FPC排线。 ###### 9. 使用FPC软排线时，请再三仔细核对pin的对应关系，反接将可能损坏设备。小技巧：在脑中抛弃FPC软排线正反面的概念，只关注Pin1 是否连接正确，无论正接反接上接下接，只要Pin1 连接正确，就不会错。本项目PCB上FPC附近丝印的Pin1标注为非标准Pin1位置，有些FPC线上也标注了Pin的顺序，这种情况下忽略FPC排线的Pin标注，以PCB为参考。 ###### 10\. 想深入研究ICN6211芯片功能的，可以参考EDA工程焊上STM32，使用I2C接口与 ICN6211通信，进行调试和DEBUG，项目设计已经为STM32预留了USART I2C和一些GPIO ###### 11\. 现在的屏幕大多有DE信号输入，所以默认PCB 上的 VSYNC 和 HSYNC 是断开的，需要的话，焊接R6，R7两颗电阻即可 ###### 12\. R1\,R2\,R4\,R5是测试时使用屏的配置电阻，全部可以不焊接，R3\, C10是针对屏上的Reset Pin的RC网络。有些屏的屏上驱动芯片可能对Reset电路有要求，比如需要RC网络来保证Reset信号稳顶，此时请自行判断是否需要。 ### 运行时照片  ### PCB 3D 渲染图  ### 转接方法 ###### 针对不同针数、不同线序的屏幕，可以使用下面这种转接板进行转接，两块转接板通过杜邦线连接调整线序，理论上可以驱动任何RGB屏，有的RGB屏需要SPI初始化，有两种方法可以初始化： ``` 1. 通过泰山派的40Pin扩展的 SPI3 接口初始化 2. 修改本项目的电路，将STM32的SPI接口连接到 50Pin FPC 连接器，使用STM32进行初始化 ```  ### 通过转接板驱动的线序不一样的屏幕 ###### 该屏幕是安装了背光驱动板的屏幕，故有两根线从泰山派取5V 和 3.3V 的电源给驱动板供电  ###### 这种方法十分笨重，桌面会有一大堆杜邦线，有条件的话，还是自己画板更改线序，或是制作转接板，使用起来比较方便。 ### 购买链接 ###### 除ICN6211以及 31pin 0.3mm 转 0.5 mm  FPC 线之外，其它器件全部可以从立创商城购买，可以从EDA中选一键下单。 ###### 以下是 ICN6211和 31pin 0.3mm 转 0.5 mm  FPC 线 的购买连接：
**ICN6211** [https://item.taobao.com/item.htm?_u=8153gbt7a66&id=748653542037&spm=a1z09.2.0.0.2e502e8dbZVk4x](https://item.taobao.com/item.htm?_u=8153gbt7a66&id=748653542037&spm=a1z09.2.0.0.2e502e8dbZVk4x)

**31pin 0.3mm 转 0.5mm FPC 线** [https://item.taobao.com/item.htm?spm=a1z09.2.0.0.1f212e8dcrxglx&id=639417787070&_u=8153gbtd541](https://item.taobao.com/item.htm?spm=a1z09.2.0.0.1f212e8dcrxglx&id=639417787070&_u=8153gbtd541)


# 软件部分，ICN6211 配置参数计算以及Linux设备树配置 ##### 缩写: VFP: Vertical Front Porch VBP: Vertical Back Porch HFP: Horizontal Front Porch HBP: Horizontal Back Porch ### MIPI Rate 和 PCLK 的关系 ICN6211 输出到RGB屏幕的像素时钟PCLK，可以从MIPI CLK经过ICN6211内部PLL分频得到，也可以从REF_CLK管脚输入外部时钟源，本项目为了经济性和简化设计，舍弃了外部参考时钟电路，只使用MIPI CLK作为参考时钟。
RGB屏的像素时钟PCLK 和泰山派的 MIPI Rate/MIPI CLK 等参数(MIPI Rate=MIPI CLK*2) 需要满足以下1-4的条件才能完美显示画面： 1. 实际MIPI Lane Rate 是以MHz 为单位的整数; 2. 最小MIPI Lane Rate = (PCLK * 24) / (使用了的MIPI Lane数量), 24 是 RGB 888 每个像素的 bit数，也就是MIPI DSI Lane显示每个像素需要跳的时钟数 3. 实际MIPI Lane Rate = PCLK * 某个2的幂 4. 由3计算出来的实际实际MIPI Lane Rate 要大于最小MIPI Lane Rate且小于瑞芯微的MIPI DSI规格文档中标定的最大速率(比如1000MHz) 5. 初始化ICN6211时，下文所述配置软件填入的 MIPI CLK = MPI Rate / 2，这也是实际MIPI的工作方式，跟DDR类似上升沿，下降沿都采样，所以MIPI时钟是MIPI Rate的一半，而ICN6211使用MIPI时钟作为参考时，只在单沿采样。 6. 实际MIPI Lane Rate 还要满足 Rockchip SDK 驱动的设置，驱动会把设备树文件中不是6的倍数的MIPI Rate 自动变成 6 的倍数，我没读驱动代码，但我猜也是Rockchip MIPI 时钟 PLL 的原因 7. 这一大堆限定的原因是当 ICN6211 使用 MIPI CLK 作为参考时钟时，PCLK是由MIPI CLK分频得到，而ICN6211的 PLL 分频只能 2、4、8、16 这样分，所以只能其他所有参数配合它，参数差一点都会闪屏。本来ICN6211 的PLL是支持分数倍频/分频的，但是由于要文档不顺利，没有找到配置方法，开源配置软件也不支持设置分数PLL寄存器，我猜如果正确使用分数PLL配置 ICN6211, 应该就不需要下面9.1-9.4那样的凑数了 8. 由于我的屏PCLK需要在27MHz附近，所以最高测到了2 Lanes MIPI Rate 984 Mbps，此时屏幕超频到了67Hz刷新率，但还能正常显示。另外泰山派Rockchip SDK的设备树设置MIPI Rate超过996MHz，会被自动降到996，所以如果计算出来实际MIPI Rate 过大，就把通道翻倍(2变4)，这样 MIPI Rate 就可以减半，而且也满足MIPI Rate=PCLK * 2的幂 这个条件 9. 以上都是理论，省流的实操来了： 由于 最小MIPI Lane Rate = PCLK * 24 / (MIPI Lane数量), 所以总共4 Lanes的情况下，最小 MIPI Rate 基本上只有4个数： PCLK * 24, PCLK * 12, PCLK * 8, PCLK * 6，在这个基础上，再满足 1-8 条件的实际 MIPI Lane Rate就只有3个数：PCLK * 32, PCLK * 16, PCLK * 8， 所以简化计算方法是： ### 简化计算方法 9.1 PCLK 暂时先在屏参文档给出的数据附近取整，比如屏幕厂家给的参数如下： ```           HActive = 800           VActive = 480           HFP = 36           HSync = 2           HBP = 36           VFP = 20           VSync = 2           VBP = 20         刷新率 = 60Hz ``` 先计算PCLK ``` PCLK =     (HActive + HFP + HSync + HBP) * (VActive+VFP+Vsync+VBP) * 60Hz =     (800+36+2+36) * (480+20+2+20) * 60 =     27373680Hz ``` 取整为PCLK = 27000000Hz = 27MHz，至于为什么要取整，请看9.3, 9.4。 9.2 假设我们使用2 条 MIPI Lanes，无需计算 最小MIPI Lane Rate，直接将前述计算得到的PCLK * 16或者*32即可得到 实际MIPI Lane Rate，假如计算结果MIPI Lane Rate不是6的整倍数，将其凑整成6的整倍数。* 例如：你的屏不是27Mhz而是28Mhz的话 28 * 32 = 896，凑成能被6整除的数字：900或者892，但这两个数还不一定能用），继续看9.3。 如果想计算最小MIPI Lane Rate进行验证的话，那么按2中的公式：最小MIPI Lane Rate = 27 * 24 / 2 = 324MHz，此时实际MIPI Lane Rate此使用PCLK *16的结果或者PCLK *32的结果都是可以的，都满足上面 3. 4. 的条件。

9.3 根据2的结果反向推导出PCLK(满足屏参的时序）， PCLK = 实际MIPI Rate / 16(或者 /32， /8)，反推出来的PCLK (MHz)必须是有限小数且从小数点后第3位开始是0，否则亮屏可能也能亮，就是会闪屏。 9.4 如果9.3反推的PCLK不是整数，也不满足从小数点后第3位开始是0，则回到9.2继续凑数，比如28MHz这个例子，刚开始计算结果是900/32=28.125，不满足9.3，则回到9.2，然后可以凑出PCLK=912 / 32 = 28.5MHz 或者 888 / 32 = 27.75MHz，满足9.3，而上面27MHz的例子算出来是27 * 32=864可以满足9.3，不需要凑数了。 ### MIPI 初始化序列配置软件 ICN6211 Configurator 9.5 ICN6211 Configurator 配置软件是一个在 github 上的开源软件，官方下载地址为：[https://github.com/tdjastrzebski/ICN6211-Configurator](https://github.com/tdjastrzebski/ICN6211-Configurator)
将所有的屏参、PCLK 27MHz（RGB Clk)，MIPI Rate 864(MIPI Clock = 864/2 = 432 MHz), MIPI 通道数量2，都填入ICN6211 Configurator 软件，并按右箭头按钮生成寄存器地址和值，生成的数据中，"="左边的是寄存器地址，右边是寄存器值。比如0x7A = 0xC1, 7A 是地址，C1是值
9.6 配置重点：   9.6.1 记得要勾选MIPI command mode，这样可以从MIPI初始化ICN6211，不需要利用MCU从I2C初始化了。   9.6.2 MIPI clock (MHz) 一栏，需要填写的是 实际MIPI Lane Rate /2，具体参考前面讲的内容。   9.6.3 DE、VSync、HSync 这几个极性如果搞不清楚，先保持默认生成，点不亮再回来改。            注意：DE的默认是打勾，VSync，HSync默认是不打勾。打勾表示高有效，不打勾表示低有效。            填好参数之后，点击右箭头计算出结果，拷贝出来，待会要写到Linux设备树文件里。            软件窗口左下角那个小小的数字，是运行当前参数时，被驱动的屏幕的刷新率，作者把它显示在那里方便调试用。 10\. 一般来说，屏的屏参时序要求不是特别严，VFP VBP VSync HFP HBP HSync 那几个屏参只要在厂家给的最大最小值之间就可以工作，胡乱填都可以\(当然正常工作的前提下越小越好，可以省电省CPU/GPU/DDR\)，当然同时要确保PCLK计算正确。 ### Linux 设备树 ##### 在泰山派的SDK里，找到这个设备树文件: ``` /xxxx/tspi_linux_sdk_20230916/Release/kernel/arch/arm64/boot/dts/rockchip/tspi-rk3566-dsi-v10.dtsi ``` ##### 把设置 dsi1 的输出处理器的那几个节点改为如下样子： ```     &dsi1_in_vp0 {       status = "disabled";     };     &dsi1_in_vp1 {       status = "okay";     };     &video_phy1 {       status = "okay";     }; ``` ##### 找到 &dsi1 节点最长的那个段落 ```   // ICN6211     &dsi1 {       status = "okay";       rockchip,lane-rate = <864>;       dsi1_panel: panel@0 {         status = "okay";         compatible = "simple-panel-dsi";         reset-gpios = <&gpio3 RK_PC1 GPIO_ACTIVE_LOW>;         pinctrl-names = "default";         pinctrl-0 = <&dsi1_rst_gpio>;         reg = <0>;         backlight = <&backlight>;         reset-delay-ms = <50>;         enable-delay-ms = <10>;         prepare-delay-ms = <10>;         unprepare-delay-ms = <10>;         disable-delay-ms = <10>;         init-delay-ms = <10>;         dsi,flags = <(MIPI_DSI_MODE_VIDEO | MIPI_DSI_MODE_VIDEO_BURST |          MIPI_DSI_MODE_LPM | MIPI_DSI_MODE_EOT_PACKET)>;         dsi,format = <MIPI_DSI_FMT_RGB888>;         dsi,lanes  = <2>;         panel-init-sequence = [            23 01 02 7A C1    // Enable MIPI command config regsiters            23 01 02 20 20            23 01 02 21 E0            23 01 02 22 13            23 01 02 23 24            23 01 02 24 02            23 01 02 25 24            23 01 02 26 00            23 01 02 27 14            23 01 02 28 02            23 01 02 29 14            23 01 02 34 80            23 01 02 36 24            23 01 02 86 29            23 01 02 B5 A0            23 01 02 5C FF           //  23 01 02 14 43  // Test mode           //  23 01 02 2A 49  // Test mode           //  23 01 02 2A 01  // DE Polarity            23 01 02 56 92            23 01 02 6B 73     // PLL DIV            23 01 02 69 18     // PLL INT            23 01 02 10 40            23 01 02 11 88            23 01 02 B6 20            23 01 02 51 20            23 01 02 09 10         ];         panel-exit-sequence = [         ];         disp_timings1: display-timings {           native-mode = <&dsi1_timing0>;           dsi1_timing0: timing0 {             clock-frequency = <27000000>;             hactive = <800>;             vactive = <480>;             hfront-porch = <36>;             hsync-len = <2>;             hback-porch = <36>;             vfront-porch = <20>;             vsync-len = <2>;             vback-porch = <20>;             hsync-active = <0>;             vsync-active = <0>;             de-active = <0>;             pixelclk-active = <0>;             swap-rb = <0>;             swap-rg = <0>;             swap-gb = <0>;           };         };         ports {           #address-cells = <1>;           #size-cells = <0>;           port@0 {             reg = <0>;             panel_in_dsi1: endpoint {               remote-endpoint = <&dsi1_out_panel>;             };           };         };       };       ports {         #address-cells = <1>;         #size-cells = <0>;         port@1 {           reg = <1>;           dsi1_out_panel: endpoint {             remote-endpoint = <&panel_in_dsi1>;           };         };       };     } ``` ##### &dsi1节点需要关注的几个属性: reset 拉低后，拉高之前的延迟。根据网上能搜索到的 ICN6211 文档显示，reset time 的最小值是 10ms，这里写了50。 ``` reset-delay-ms = <50>; ``` mipi lane rate, 这里写上前面计算得到的 实际MIPI Lane Rate，不要除以2 ``` rockchip,lane-rate = <864>; ``` mipi lane 数量 ``` dsi,lanes  = <2>; ``` 最重要的mipi初始化序列， 每一行最后两位数字对应CN6211 Configurator 软件计算出来的结果就可以了 ```     panel-init-sequence = [        23 01 02 7A C1    // Enable MIPI command config regsiters        23 01 02 20 20        23 01 02 21 E0        23 01 02 22 13        23 01 02 23 24        23 01 02 24 02        23 01 02 25 24        23 01 02 26 00        23 01 02 27 14        23 01 02 28 02        23 01 02 29 14        23 01 02 34 80        23 01 02 36 24        23 01 02 86 29        23 01 02 B5 A0        23 01 02 5C FF       //  23 01 02 14 43  // Test mode       //  23 01 02 2A 49  // Test mode        23 01 02 2A 01   // DE Polarity        23 01 02 56 92        23 01 02 6B 73     // PLL DIV        23 01 02 69 18     // PLL INT        23 01 02 10 40        23 01 02 11 88        23 01 02 B6 20        23 01 02 51 20        23 01 02 09 10     ]; ``` mipi 结束序列我暂时没有测试，可以留空不写，不影响亮屏 ```     panel-exit-sequence = [     ]; ``` 这里简单讲一下初始化序列： 由于打电话去厂家要文档不是很顺利，所以只能用猜的，网上能搜索到的ICN6211 Specification这个PDF文档显示： ICN6211需要使用 MIPI 指令 0x23, Genertic Short Write 来写入该芯片内的寄存器进行初始化。 0x23指令的意义以及用法，请参考瑞芯微公开的文档  Rockchip\_DRM\_Panel\_Porting\_Guide ，这个文档网上直接能搜索到下载链接。该文档 3\.3 章节详细介绍了包括0x23在内的指令的用法。这里简单介绍一下， 以第一条指令为例： ``` 23 表示 通用型短写入 01 表示当前指令发送完之后，要等待01毫秒，才能发送下条指令，想要压榨毫秒级别内核启动时间的时候，也可以写00不等待，只要指令能正确发送就可以 02 表示本条指令有两个参数 7A 是第一个参数，也就是 ICN6211 Configurator 软件算出的寄存器地址 C1 是第二个参数，也就是 ICN6211 Configurator 软件算出的寄存器的值 ``` 接下来是屏参，找到这个节点 ``` disp_timings1: display-timings { ``` 开始修改，这里就简单了，只要用将才使用过的所有屏参，全部填写进去就可以了 ```     disp_timings1: display-timings {       native-mode = <&dsi1_timing0>;       dsi1_timing0: timing0 {         clock-frequency = <27000000>;         hactive = <800>;         vactive = <480>;         hfront-porch = <36>;         hsync-len = <2>;         hback-porch = <36>;         vfront-porch = <20>;         vsync-len = <2>;         vback-porch = <20>;         hsync-active = <0>;         vsync-active = <0>;         de-active = <0>;         pixelclk-active = <0>;         swap-rb = <0>;         swap-rg = <0>;         swap-gb = <0>;       };     }; ``` 其中有3个属性 swap-rb swap-rg swap-gb 刚才并没有提到，但是从字面意思就可以理解，由于各家屏幕定义的RGB顺序不一定一样，所以如果你的屏幕显示图案正确但是颜色不正确的话，可以尝试修改这里，也可以在 ICN6211 Configurator 软件修改对应的选项，重新计算寄存器值，来进行RGB顺序的调整。 下一个需要编辑的是跟DSI 设备树在同一个目录下的泰山派的板级设备树： ``` /xxxx/tspi_linux_sdk_20230916/Release/kernel/arch/arm64/boot/dts/rockchip/tspi-rk3566-user-v10-linux.dts ``` 打开这个设备树文件，将 MIPI DSI 的设备树头文件注释的 // 去掉即可 ``` //【开/关】mipi 显示屏幕配置，用户可以基于此复制自己的屏幕，注意EDP与MIPI屏幕互斥，因为共用了VOP如果需要同显自行修改 #include "tspi-rk3566-dsi-v10.dtsi" ``` MIPI DSI 理论上可以和 HDMI 同时输出，但是我还没有研究如何正确配置设备树，所以暂时将其关闭，注释掉HDMI 头文件代码即可。 ``` //【开/关】HDMI 显示屏幕配置，里面内容几乎可以不用动，如果不需要hdmi显示直接注释掉即可 // #include "tspi-rk3566-hdmi-v10.dtsi" ``` 进入泰山派 SDK 的根目录，重新编译内核，并更新刷机包 ``` ./build.sh kernel ./build.sh updateimg ``` 使用SDK中带的瑞芯微开发工具刷入固件，可以只刷boot分区，也可以使用 update.img 全部刷写，只刷boot分区的话不会破坏根文件系统，具体细节请参考泰山派文档。
##### 参考文档： ###### ICN6211\_MIPI\_RGB\_specification\_V04，该文件被标注为“保密”，这里不放出下载，请自行使用必应搜索： ###### 点我使用必应搜索ICN6211文档 ###### Rockchip\_DRM\_Panel\_Porting\_Guide\, 附件2 ###### ICN6211-Configurator 源代码，附件3 ###### 【Linux】系统SDK编译.pdf，泰山派SDK目录 ###### 【下载】镜像烧入.pdf，泰山派SDK目录 #### 全文完