相信很多朋友会遇到LCD开机瞬间会闪现雪花屏的问题,而这类问题都有个共同点,那就是都发生在带GRAM的屏上,同样的问题,在休眠唤醒时也会出现。
让大家能够更容易、更直观的理解这类花屏问题的原因,我特地写了这篇文章。
软件:Android 硬件:带GRAM的LCD(如SPI屏,DSI CMD屏)
从上面的动态图可以看出,出现瞬间花屏的问题,主要有两个原因:
其实,只要任意解决其中一个问题,都不会出现开机闪现花屏的现象。开发人员第一次碰到这类问题时,往往第一反应会认为花屏就是在第一帧产生的,但实际从上面的图中我们可以看到,人眼看到的花屏其实已经是在第二帧了。
对于第一点,其实一开始我也很疑惑,如果说开机闪现花屏是因为uboot中背光开的太早导致,这个结论我能接受。但在进入Android系统后,休眠唤醒时还会有花屏问题,这就有点说不通啊?因为Android的PowerManager框架本身能够确保在休眠的时候先关背光,后关显示;在唤醒的时候先开显示,后开背光,而且我显示驱动里面也做了刷背景色的动作,只要GRAM中的数据没有被填充完,显示驱动的流程就不会接着往下走,进而也不可能开启背光。所以一旦背光点亮,说明GRAM已经被初始化了,可为什么还能看见GRAM中的垃圾数据呢?
这就引出了第二点:因为对 GRAM 写的速度小于读的速度,哪怕W只比R小那么一丁点儿,只要它们同时从第一颗像素开始扫描,屏上显示的第一帧永远都是垃圾数据。
前面已经提到过了,只要任意解决其中一个问题,闪花屏的问题就能解决。
这里的推迟动作其实是相对的,即你可以:
即提高主控端总线上的送图速度,比如提高SPI总线的时钟频率(SPI屏),提高RS/WR的切换速率或扩充DATA总线(MCU屏),提高PHY Clock Frequency (MIPI DSI屏)。
上面的问题如果发生在常白屏(即默认上电就是白屏)上,那么往往会给人产生撕裂(tear effect)的假象,见下图:
其实原理和上面是类似的,只是由于人的视觉残留效应,造成背光从灭到亮那一瞬间看到的第一帧印象极为深刻。尤其对于帧率较低(如30fps)的显示屏,视觉残留效果尤为明显,因此会对该类问题错误的判断为撕裂问题而进行处理。
其实真正的撕裂问题和这里讨论的现象,原理上是完全不同的,下面我们详细分析LCD撕裂的问题及解决方法。
首先贴一张动态图,让大家能直观的感受撕裂形成的过程:
从上面的动态图我们可以看到,在第二帧出现了新旧画面各显示一部分的现象,该现象即为撕裂,英文又叫tear effect。tear effect的根本原因是对GRAM的读、写速度不一致,导致在一帧之内,GRAM的读指针®与写指针(W)发生了重叠导致。
这个现象其实包含2个信息:
有经验的开发人员都知道,出现这类问题往往都是因为有个2倍关系没有调整好。何为“2倍关系”?即必须保证W:R > 1:2(这里的W、R都指的是速率),否则势必会出现撕裂的现象(如上面的W:R=1:3)。
为什么是2倍?请看下图(W:R=1:2):
因为W < R,所以R指针跑在前面,因此读出来的数据都是旧数据,屏幕第1帧显示的还是上一帧的图像,直到第2帧才将GRAM中的图像完整的显示出来。如果R再稍微快那么一点,那么在第2帧R指针就又会赶上W指针,这样就会再次出现tear effect现象。所以W:R=1:2是撕裂发生的临界值。
同理,那如果对于W > R的情况,是否也存在这个2倍关系?
回答这个问题前,我们先来看看下面这两幅图:
图1 (W:R=3:1)
图2 (W:R=2:1)
从上面的图中我们可以看到,对于W > R这中情况,确实也存在2倍关系。但是这种由于W > R而造成的撕裂现象一般是不可能发生的,因为大部分显示驱动都是等到TE信号到来时才开始刷图的,所以只要R指针还没有扫描完当前帧的画面,W指针是不可能立即去GRAM中刷画面“B”的,一定会等到画面“A”彻底显示完毕后才开始绘制,所以上面的图1、图2两种情况都不会发生。
因此为了防止撕裂的发生,只需要保证 W > 1/2R (这里指速率)即可。
前面分析的现象都是基于一个前提条件的,那就是:
指针W和R都是基于同一个时间点、同一个GRAM起始位置开始扫描的
只要上面的2点有一个不满足,那么2倍关系就不成立了。
因为对于这类带GRAM的LCD ,驱动软件或LCD Controller硬件都会做成等待TE信号到来时才会开始刷图,所以对于第1点这里不做详细描述,只针对第2点进行讲解。在LCD的实际显示过程中,其实是有消隐区的(即Porch区域),而且一般屏厂会将TE信号默认放在内部DriverIC的VSYNC阶段送出,这就导致了指针W无法满足和R从同一GRAM起始位置开始扫描,具体过程如下图:
从上图我们可以看到,虽然W:R=2:3,满足 W > 1/2R 的条件,但是由于它们不是从GRAM的同一起始位置开始扫描,所以仍然会出现W和R指针碰头的情况,最终导致撕裂的现象。
那么对于上述这种情况,有什么方法可以解决吗?是时候召唤出TE Output Line了!
LCD Driver IC厂商还是很贴心的,为了解决上述问题,工程师们专门预留了一个TE Output Line寄存器,该寄存器的作用就是用来调节TE信号(又叫FMARK信号)的输出位置。默认情况下,该寄存器的值为0,即DriverIC内部刷新时的VSYNC期间。那么对于上述情况,我们只需要将TE Output Line的值设置为VSYNC+VBP的值即可。
小提示:
如下图:
撕裂的本质:
解决方法:
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