Raspberry Pi 硬件（九）

在 Raspberry Pi 上使用 DPI 显示

显示并行接口 （DPI） 显示器可以通过 40 针通用输入/输出 （GPIO） 连接器连接到 Raspberry Pi 设备，作为使用专用显示串行接口 （DSI） 或高清多媒体接口 （HDMI） 端口的替代方案。
所有带有 40 路接头和计算模块的 Raspberry Pi 板上都提供高达 24 位的并行 RGB 接口。此接口允许以 RGB24（红色、绿色和蓝色为 8 位）或 RGB666（每种颜色 6 位）或 RGB565（红色 5 位、绿色和 5 位蓝色）将并行 RGB 显示器连接到 Raspberry Pi GPIO。
该接口由 GPU 固件控制，用户可以通过特殊的config.txt参数和启用正确的 Linux 设备树覆盖进行编程。

GPIO引脚

在Raspberry Pi GPIO的bank 0上可选择的替代功能之一是DPI（显示并行接口），它是一个简单的时钟并行接口（最多8位R，G和B;时钟，使能，hsync和vsync）。此接口可作为 GPIO bank 0 上的备用函数 2 （ALT2）：

注意：在 565、666 或 24 位模式下，可以通过多种方式在 DPI 输出引脚上显示颜色值（请参阅下表和下面 dpi_output_format 参数的output_format部分）：

禁用其他 GPIO 外设

必须禁用使用冲突 GPIO 引脚的所有其他外设覆盖。在config.txt中，请注意注释掉或反转任何启用 I2C 或 SPI 的 dtparam：

dtparam=i2c_arm=off
dtparam=spi=off

配置显示器

只要您有适当的驱动程序，内核模式设置 （KMS） 通用显示接口就可以输出到任意显示器。

自动检测

自动检测允许您的 Raspberry Pi 与显示器连接，而无需手动配置设备树覆盖。默认情况下，自动检测处于启用状态。您可以通过在config.txt添加以下行来启用显示自动检测：

`display_auto_detect=1`

将 1 替换为 0 以禁用自动检测。当您连接启用自动检测的官方 Raspberry Pi 显示器时，KMS 会自动确定显示型号并配置相应的显示设置。

手动配置显示器

注意：在 Raspberry Pi OS Bookworm 或更高版本中，以前用于设置 DPI 的 config.txt dpi_output_format 和 dpi_timings 条目已被 vc4-kms-dpi-generic 覆盖所取代。

要使用官方 Raspberry Pi 显示器以外的任何显示器，必须在 config.txt 中指定dtoverlay条目。面板制造商应在 Linux 内核代码中配置显示时序，并提供覆盖层以启用这些设置。有关示例，请参阅 Adafruit Kippah 显示条目。以下示例演示了如何在 /boot/firmware/config.txt 文件中设置 Kippah 显示设置 dtoverlay条目：

dtoverlay=vc4-kms-kippah-7inch-overlay

显示时序通常在内核中定义，但您也可以在提供的 panel-dpi 驱动程序中定义它们。如果面板在内核代码中缺少定义的叠加层，则可以使用面板 dpi 驱动程序将显示时序定义为参数。这使您能够为任何显示器手动配置设备树条目。
以下示例演示了如何使用设备树参数定义计时：

dtoverlay=vc4-kms-v3d
dtoverlay=vc4-kms-dpi-generic,hactive=480,hfp=26,hsync=16,hbp=10
dtparam=vactive=640,vfp=25,vsync=10,vbp=16
dtparam=clock-frequency=32000000,rgb666-padhi

参数显示树定义支持以下选项：

通用 I/O （GPIO）

通用 I/O （GPIO） 引脚可以配置为通用输入、通用输出，也可以配置为多达 6 种特殊备用设置之一，其功能取决于引脚。
BCM2835上有三个GPIO银行。三个组中的每一个都有自己的 VDD 输入引脚。在Raspberry Pi上，所有GPIO组均由3.3V供电。

Raspberry Pi 上的 P1 接头上提供了 Bank 0 中的一系列引脚。

GPIO焊盘

BCM2835封装上的GPIO连接在外设数据手册中有时被称为“焊盘”，这是一个半导体设计术语，意思是“与外界的芯片连接”。
这些焊盘是可配置的CMOS推挽输出驱动器/输入缓冲器。基于寄存器的控制设置可用于：

• 内部上拉/下拉启用/禁用

• 输出驱动强度

• 输入施密特触发滤波

开机状态

所有GPIO引脚在上电复位时恢复为通用输入。此外，还会应用默认拉取状态，这些状态在 Arm 外设数据表的备用功能表中有详细说明。大多数 GPIO 都应用了默认拉取。

中断

每个GPIO引脚在配置为通用输入时，都可以配置为Arm的中断源。可配置多个中断生成源：

• 电平敏感（高/低）

• 上升沿/下降沿

• 异步上升沿/下降沿

电平中断保持中断状态，直到系统软件清除电平（例如，通过服务产生中断的附加外设）。
正常的上升沿/下降沿检测在检测中内置了少量同步。在系统时钟频率下，对引脚进行采样，生成中断的标准是三周期窗口内的稳定转换，即记录 1 0 0 或 0 1 1。异步检测绕过此同步，以便检测非常窄的事件。

替代功能

几乎所有的GPIO引脚都具有替代功能。可以选择 SoC 内部的外设块出现在一组 GPIO 引脚中的一个或多个上，例如，I2C 总线可以配置为至少三个单独的位置。当引脚配置为备用功能时，焊盘控制（如驱动强度或施密特滤波）仍然适用。

电压规格

下表给出了基于 BCM2835、BCM2836、BCM2837 和 RP3A0 的产品（例如 Raspberry Pi Zero 或 Raspberry Pi 3+）的 GPIO 引脚的各种电压规格。有关计算模块的信息，应查看相关数据表。

a 启用滞后
b 默认驱动强度 （8mA）
c 最大驱动强度 （16mA）
下表给出了基于BCM2711的产品（例如 Raspberry Pi 4 和 Raspberry Pi 400）上 GPIO 引脚的电压规格。有关计算模块的信息，应查看相关数据表。

a 启用滞后
b 默认驱动强度 （4mA）
c 最大驱动强度 （8mA）

GPIO焊盘控制

GPIO驱动强度并不表示最大电流，而是表示焊盘仍符合规格的最大电流。您应设置 GPIO 驱动器强度以匹配所连接的设备，以便设备正常工作。

如何控制驱动强度

焊盘内部是许多并联的驱动器。如果驱动强度设置为低 （0b000），则其中大多数是三态的，因此它们不会增加任何输出电流。如果驱动强度增加，就会有越来越多的驱动器并联。该图显示了该行为。

当前值是什么意思？

• 电流值不是焊盘将提供的电流，也不是电流限制。
  焊盘输出为电压源：

• 如果设置为高电平，焊盘将尝试将输出驱动至电源轨电压 （3.3V）

• 如果设置为低电平，焊盘将尝试将输出驱动至地 （0V）

焊盘将尝试将输出驱动为高电平或低电平。成功将取决于所连接内容的要求。如果焊盘对地短路，它将无法驱动高电平。它将尝试提供尽可能多的电流，并且电流仅受内阻的限制。
如果焊盘被驱动到高电平并且短路到地，它会在适当的时候失效。如果您将其连接到 3.3V 并将其驱动为低电平，情况也是如此。
满足规格取决于保证的电压水平。由于焊盘是数字焊盘，因此有两个电压电平，高电压和低电压电平。I/O 端口有两个参数用于处理输出电平：

• VOLs，最大低电平电压（3.3V VDD IO 时为 0.14V）

• VOHs，最小高电平电压（3.3V VDD IO 时为 3.0V）

VOL=0.14V表示如果输出为低电平，则为<= 0.14V。 V OH=3.0V表示如果输出为高电平，则为>= 3.0V。
例如，16mA的驱动强度意味着如果将焊盘设置为高电平，则可以消耗高达16mA的电流，并且输出电压保证为>=VOHs。这也意味着，如果将驱动强度设置为2mA，而消耗16mA，则电压将不是VOH，而是更低。事实上，它可能不够高，无法被外部设备视为高。