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@wenshizhang 2020-06-12T17:48:56.000000Z 字数 7016 阅读 296

HDMI热插拔分析.md

描述

机缘巧合之下，在4.19内核里发现了radeon驱动一个很神奇的问题，插拔hdmi线时候，先拔出一半等10s左右再全部拔出。这时候，在sys下读到的hdmi连接状态还是connected。这个感觉还是很神奇的。切到amdgpu之后，也有这个问题，研究看看。

状态确认

显示器的连接状态，可以通过两个位置看xrandr和/sys/class/drm/card0-HDMI-A-1/status。

  1. Screen 0: minimum 320 x 200, current 3840 x 1080, maximum 8192 x 8192
  2. eDP-1 connected primary 1920x1080+0+0 (normal left inverted right x axis y axis) 382mm x 215mm
  3.    1920x1080     60.01*+  60.01    59.97    59.96    59.93  
  4.  ......
  5. HDMI-1 connected 1920x1080+1920+0 (normal left inverted right x axis y axis) 527mm x 296mm
  6.    1920x1080     60.00*+  60.00    50.00    59.94    30.00    25.00    24.00    29.97    23.98  
  7.    1920x1080i    60.00    60.00    50.00    59.94  
  8.    ......
  9. HDMI-2 disconnected (normal left inverted right x axis y axis)

xrandr会打印出来所有的显示器信息的全部信息，包括主屏位置，显示模式（复制或者扩展），支持的分辨率等等。或者是可以看/sys/class/drm/card0-HDMI-A-1/status。

  1. $ cat /sys/class/drm/card0-HDMI-A-1/status 
  2. connected
  3. $

这两个状态有一点区别是：xrandr是调用drm提供的接口读取显示器状态，而sys下的状态是drm每次更新状态之后填进去的。
因此在这个问题的上下文中，拔出hdmi线，在sys下看到状态是connected，但是执行xrandr之后，状态就更新为disconnect。不难看出，第一次驱动判断hdmi状态出错了，第二次判断是对的。接下来要分析的事，hdmi热插拔之后驱动做了什么事，具体定位是哪里判断出错了。

HDMI原理介绍

名词解释

DDC(Display Data Channel)：DDC是显示器与电脑主机进行通信的一个总线标准，他的基本功能就是将显示器的基本信息发送给主机。例如：可显示频率范围、生产厂商、生产日期、产品序列号、产品型号、标准显示模式和参数、亮度、对比度、色温参数等等。

EDID(Extended Display Identification Data Standard)：是显示器通过DDC传输给电脑主机的标准数据信息格式。每次启动在drm debug信息或者X的启动日志中都能看到对应显示器的EDID信息。

HPD(Hot Plug Detection)：热插拔探测，为热插拔设计的。

TMDS：最小传输差分信号传输技术。

CEC(Consumer Electronics Control)：消费电子控制通道，电子设备可以借助cec信号控制hdmi接口上的连接的装置，比如单键播放，系统待机等。

HDMI定义

从上图可以看出来HDMI接口包括：3个TMDS数据通道、1个TMDS时钟通道、CEC控制信号，DDC信号，+5v电源输出和HPD信号。TMDS是用来传输HDMI数据的，CEC是用了该控制试听设备的，和本文关系不大暂不介绍。DDC信号是显示器与主机电脑进行统信的一个总线，基本功能是将显示器的基本信息发送给主机（如EDID信息）；HPD信号是显示器向主机发送的检测信号，用来检测显示器连接或断开。当HDMI主机检测到HPD引脚大于2v表示显示器与主机之间连接，当HDMI主机检测到HPD引脚小于0.8v表示显示器与主机之间断开了。当计算机通过HDMI接口与计算机相连时，主机通过+5v电源输出给显示器的DDC存储器供电，确保及时显示器不开机，计算机主机也能通过HDMI接口读到显示器的EDID数据。

HDMI接口识别过程

主机设备上电后会检测HPD是都被上拉到2v以上，接着主机设备已经通过+5v电源输出给EDID ROM供电。通过DDC读取到显示器的EDID，解析分辨率。检测TMDS信号是都被拉上来，如果是，准备输出TMDS信号。

主机设备检检测到HPD小于0.8v，停止输出TMDS信号。

内核radeon驱动代码分析

通过前面原理介绍发现radeon驱动HDMI热插拔分为3部分：HPD中断触发，DDC读取EDID，最后是HDMI接口detect。

HPD中断触发

HPD电平变化之后触发中断，cpu探测到中断上来，经过解析、分发、映射等等操作，最终调到驱动的中断处理函数来。radeon驱动的中断处理函数入口是radeon_driver_irq_handler_kms函数：

  1. irqreturn_t radeon_driver_irq_handler_kms(int irq, void *arg)
  2. {
  3.         struct drm_device *dev = (struct drm_device *) arg;
  4.         struct radeon_device *rdev = dev->dev_private;
  5.         irqreturn_t ret;
  7.         ret = radeon_irq_process(rdev);
  8.         if (ret == IRQ_HANDLED)
  9.                 pm_runtime_mark_last_busy(dev->dev);
  10.         return ret;
  11. }

radeon_irq_process是定义好的一个宏，通过钩子函数，分别调用到si、cik或者是evergreen中真正的中断处理函数中来，这几个处理都比较类似，以si_irq_process为例。radedon中断是共享中断，诸如显示、uvd硬解、gui_idle等等事件都是通过这个中断触发的。处理函数去radeon读取wptr寄存器的值，根据寄存器内容来判断是哪类事件触发中断。这是内核对寄存器内容的定义：

  1.  * Each IV ring entry is 128 bits:
  2.  * [7:0]    - interrupt source id
  3.  * [31:8]   - reserved
  4.  * [59:32]  - interrupt source data
  5.  * [63:60]  - reserved
  6.  * [71:64]  - RINGID
  7.  * [79:72]  - VMID
  8.  * [127:80] - reserved

下面是radeon驱动根据寄存器内容判断触发中断事件类型的代码段：

  1. restart_ih:
  2.         rptr = rdev->ih.rptr;
  3.         DRM_DEBUG("si_irq_process start: rptr %d, wptr %d\n", rptr, wptr);
  5.         /* Order reading of wptr vs. reading of IH ring data */
  6.         rmb();
  8.         /* display interrupts */
  9.         si_irq_ack(rdev);
  11.         while (rptr != wptr) {
  12.                 /* wptr/rptr are in bytes! */
  13.                 ring_index = rptr / 4;
  14.                 src_id =  le32_to_cpu(rdev->ih.ring[ring_index]) & 0xff;
  15.                 src_data = le32_to_cpu(rdev->ih.ring[ring_index + 1]) & 0xfffffff;
  16.                 ring_id = le32_to_cpu(rdev->ih.ring[ring_index + 2]) & 0xff;
  18.                 switch (src_id) {
  19.                 case 1: /* D1 vblank/vline */
  20.                     ....
  21.                 case 8: /* D1 page flip */
  22.                     .....
  23.                 case 42: /* HPD hotplug */
  24.                 ......

在本文的上下文场景下，寄存器判断得出中断源是HPD，执行下面的操作：

  1. case 42: /* HPD hotplug */
  2.         if (src_data <= 5) {
  3.                 hpd_idx = src_data;
  4.                 mask = DC_HPD1_INTERRUPT;
  5.                 queue_hotplug = true;
  6.                 event_name = "HPD";
  8.         } else if (src_data <= 11) {
  9.                 hpd_idx = src_data - 6;
  10.                 mask = DC_HPD1_RX_INTERRUPT;
  11.                 queue_dp = true;
  12.                 event_name = "HPD_RX";
  14.         } else {
  15.                 DRM_DEBUG("Unhandled interrupt: %d %d\n",
  16.                           src_id, src_data);
  17.                 printk("Unhandled interrupt: %d %d\n",
  18.                           src_id, src_data);
  19.                 break;
  20.         }
  22.         if (!(disp_int[hpd_idx] & mask))
  23.                 DRM_DEBUG("IH: IH event w/o asserted irq bit?\n");
  25.         disp_int[hpd_idx] &= ~mask;
  26.         DRM_DEBUG("IH: %s%d\n", event_name, hpd_idx + 1);
  27.         break;
  28. ......
  29. if (queue_hotplug)
  30.         schedule_delayed_work(&rdev->hotplug_work, 0);

设置hotplug标志，最后，根据标志延迟调用hotplug_work函数。延迟调用采用了linux内核工作队列机制，先调用INIT_DELAYED_WORK把处理函数插入到工作队列中。hpd处理函数在radeon_irq_kms_init函数中插入工作队列：

  1. int radeon_irq_kms_init(struct radeon_device *rdev)
  2. {
  3.         /* enable msi */
  4.         rdev->msi_enabled = 0;
  6.         if (radeon_msi_ok(rdev)) {
  7.                 int ret = pci_enable_msi(rdev->pdev);
  8.                 if (!ret) {
  9.                         rdev->msi_enabled = 1;
  10.                         dev_info(rdev->dev, "radeon: using MSI.\n");
  11.                 }
  12.         }
  14.         INIT_DELAYED_WORK(&rdev->hotplug_work, radeon_hotplug_work_func);
  15.         INIT_WORK(&rdev->dp_work, radeon_dp_work_func);
  16.         INIT_WORK(&rdev->audio_work, r600_audio_update_hdmi);
  17.         .....   
  18. }

从中断初始化中看，任务在这时候已经被插入在工作队列里，等到真的事件上来时候才会被调用。
hotplug_work->radeon_hotplug_work_func，最终到drm_helper_hpd_irq_event中。

  1. bool drm_helper_hpd_irq_event(struct drm_device *dev)
  2. {
  3.         struct drm_connector *connector;
  4.         struct drm_connector_list_iter conn_iter;
  5.         enum drm_connector_status old_status;
  6.         bool changed = false;
  8.         if (!dev->mode_config.poll_enabled)
  9.                 return false;
  11.         mutex_lock(&dev->mode_config.mutex);
  12.         drm_connector_list_iter_begin(dev, &conn_iter);
  13.         drm_for_each_connector_iter(connector, &conn_iter) {
  14.                 /* Only handle HPD capable connectors. */
  15.                 if (!(connector->polled & DRM_CONNECTOR_POLL_HPD))
  16.                         continue;
  18.                 old_status = connector->status;
  20.                 connector->status = drm_helper_probe_detect(connector, NULL, false);
  21.                 if (old_status != connector->status)
  22.                         changed = true;
  23.         }
  24.         drm_connector_list_iter_end(&conn_iter);
  25.         mutex_unlock(&dev->mode_config.mutex);
  27.         if (changed)
  28.                 drm_kms_helper_hotplug_event(dev);
  30.         return changed;
  31. }

循环遍历每一个显示器，标记当前的设备连接状态，调用drm_helper_probe_detect得到当前状态，判断当前状态和刚刚标记的状态，如果相同则什么都不执行直接退出。如果不同，说明状态发生了变化，调用drm_kms_helper_hotplug_event重新设置当前的显示信号。

通过DDC获取EDID

显卡驱动都需要读取显示器的EDID，通过解析EDID回去显示器支持的分辨率，频率等等。radeon驱动也是读取EDID帮助判断显示器连接状态。

  1. bool radeon_ddc_probe(struct radeon_connector *radeon_connector, bool use_aux)
  2. {
  3.         if (radeon_connector->router.ddc_valid)
  4.                 radeon_router_select_ddc_port(radeon_connector);
  6.         if (use_aux) {
  7.                 ret = i2c_transfer(&radeon_connector->ddc_bus->aux.ddc, msgs, 2);
  8.         } else {
  9.                 ret = i2c_transfer(&radeon_connector->ddc_bus->adapter, msgs, 2);
  10.         }
  12.         if (ret != 2)
  13.                 /* Couldn't find an accessible DDC on this connector */
  14.                 return false;
  16.         if (drm_edid_header_is_valid(buf) < 6) {
  17.                 /* Couldn't find an accessible EDID on this
  18.                  * connector */
  19.                 return false;
  20.         }
  21.         drm_edid_header_is_valid(buf));
  22.         return true;
  23. }

i2c读取显示器EDID，判断i2c读取结果和EDID合法性，都为成功的情况下，认为显示器状态正常。否则，返回失败。虽然原理中讲hpd读到电压在0.8v

HDMI接口detect

根据DDC返回值，detect函数根据显卡芯片类型、DDC类型等等因素设置显示器连接状态。

  1. static enum drm_connector_status
  2. radeon_dvi_detect(struct drm_connector *connector, bool force)
  3. {
  4.         if (radeon_connector->ddc_bus) 
  5.                 dret = radeon_ddc_probe(radeon_connector, false);
  7.         if (dret) {
  8.                 radeon_connector->detected_by_load = false;
  9.                 radeon_connector_free_edid(connector);
  10.                 radeon_connector_get_edid(connector);
  12.                 if (!radeon_connector->edid) {
  13.                         if ((rdev->family == CHIP_RS690 || rdev->family == CHIP_RS740) &&
  14.                             radeon_connector->base.null_edid_counter) {
  15.                                 ret = connector_status_disconnected;
  16.                                 radeon_connector->ddc_bus = NULL;
  17.                         } else {
  18.                                 ret = connector_status_connected;
  19.                                 broken_edid = true; /* defer use_digital to later */
  20.                         }
  21.                 } else {
  22.                         radeon_connector->use_digital =
  23.                                 !!(radeon_connector->edid->input & DRM_EDID_INPUT_DIGITAL);
  25.                         if ((!radeon_connector->use_digital) && radeon_connector->shared_ddc) {
  26.                                 radeon_connector_free_edid(connector);
  27.                                 ret = connector_status_disconnected;
  28.                         } else {
  29.                                 ret = connector_status_connected;
  30.                         }
  32.                 }
  33.         }
  34. }

总结一下，HDMI拔出正常逻辑应该是：HPD探测到电压变化触发中断，接下来DDC读取显示器EDID返回失败，最终到dvi_detect函数中，通过DDC返回的失败，设置显示器连接状态为disconnected。

在这个问题中，HDMI拔出，HPD探测到电压变化中断触发，DDC读取显示器EDID返回成功，detect函数设置显示器连接状态是connected。那真正出错的位置是DDC不应该读取到EDID。

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