Linux 内核学习笔记

Appearance

ST7789 TE 信号：作用、配置与逻辑分析仪实测 ​

平台：MCU + ST7789 类面板（i8080 / SPI 写 GRAM）
工具：DSLogic 逻辑分析仪（采样率 1 MHz）
内核对照：Linux 6.8 · drivers/staging/fbtft/fb_st7789v.c
本文：TE 是什么、屏侧如何打开、TEM=0/1 波形差异、主机抓沿；慢写 / 快写时 GRAM/Panel 时序示意；Linux 写屏前会等一次 TE

目录 ​

1. TE 用来做什么 ​

TE（Tearing Effect） 是面板输出给主机的同步信号，用来降低写 GRAM 时的画面撕裂。

屏按自己的节奏扫描 GRAM 并点亮像素。主机在扫描途中改写显存时，同一帧画面可能上下两截分属新旧内容，这就是撕裂。TE 标出相对安全的相位（典型是垂直消隐），主机在对应边沿启动下一帧写入。

一句话：TE 是屏侧给出的写 GRAM 节拍。

2. 屏侧如何打开 TE ​

初始化时向屏写入（命令字节为 ST7789 手册编号）：

text
PORCTRL  (0xB2)  ← 0x0C, 0x0C, 0x00, 0x33, 0x33   # 前后 porch 等
FRCTRL2  (0xC6)  ← 0x0F                           # 帧率档位，约 60 Hz
TEON     (0x35)  ← 0x00                           # 打开 TE，TEM=0
命令本次取值含义
TEON (0x35)参数 0打开 TE，TEM=0：只输出场消隐信息
STE (0x44)未配置使用默认 tear scanline（多为 0）
FRCTRL2 (0xC6)0x0F标称约 60 Hz，决定 TE 出现周期
PORCTRL (0xB2)BPA/FPA=0x0C前后 porch 各约 12 行，影响 V-blank 宽度

主机侧把 TE 脚配成 GPIO 输入，在边沿上进中断，再决定是否启动一帧写屏。

3. TEM=0：只出场消隐 ​

TEM=0 时，TE 大致行为：

  1. 屏约 60 Hz 扫 GRAM
  2. 进入垂直消隐（V-blank）→ TE 拉高
  3. 离开 V-blank、开始扫有效区 → TE 拉低
  4. 每帧基本只有 一个较宽的正脉冲

3.1 实测波形 ​

TEM=0 时 TE 波形：每帧一个宽脉冲

光标量到的典型值（一次抓取，见上图）：

测量项约值含义
上升沿 → 下降沿1.157 msTE 高电平 ≈ V-blank
下降沿 → 下一上升沿15.691 msTE 低电平 ≈ 有效扫描区
二者之和（帧周期）≈ 16.85 ms≈ 59.4 Hz

帧周期取同名沿间隔（上升→上升或下降→下降）；上表用高、低电平相加，与另一次测得的下降沿间隔约 16.831 ms（≈ 59.4 Hz）一致。手册「60 Hz」是标称档位，内部 OSC、porch、总行数会让实测周期落在附近。

3.2 高电平为何约 1.16 ms ​

TEM=0 下，高电平时段对应 V-blank。porch 约 24 行、有效区按 320 行估：

text
V-blank ≈ 24 / (320 + 24) × 16.8 ms ≈ 1.17 ms

与测到的 ~1.16 ms 同量级。

4. TEM=1：场消隐 + 行消隐 ​

把 TEON 参数改为 1（TEM=1）后，TE 在有效扫描区还会于 每行消隐（H-blank） 拉高一小段：

text
一行内：
|---- 有效像素显示 ----|---- H-blank ----|
TE: ________低_________|______高________|

因此一帧内会出现 大量窄脉冲（数量接近屏高）。

4.1 实测波形 ​

TEM=1 时 TE 波形：约一行一脉冲

同一次测量里，光标跨度约 16.563 ms（约一帧），其间上升沿约 321 次，与 320 行量级一致。时间轴较宽时，窄脉冲会糊成「实心白块」。

平均行周期约：

text
16.563 ms / 321 ≈ 51.6 μs/行

整帧刷屏通常只需要场消隐节拍，用 TEM=0 即可；TEM=1 适合按行对齐的局部更新。

5. 主机该抓上升沿还是下降沿 ​

主机用 GPIO 边沿中断对齐 TE。TEM=0 时 TE 在 V-blank 为高：

沿时刻常见用法
上升沿V-blank 开始写得快：在消隐内起笔，本帧扫描尽快读到新数据
下降沿V-blank 结束 / 有效区开扫写得慢：写指针跟在扫描线后面，本帧仍显示旧内容，新内容留给下一帧

选型可对照 SSD1963 应用笔记、ST7789 手册「MPU 快/慢于 panel read」两例，以及乐鑫 TE 防撕裂说明：

  1. 先开 TE（0x35，整帧刷屏常用 TEM=0）；需要时用 0x44 调 tear scanline。
  2. 抓哪条沿看写速相对扫描速：快路径用上升沿抢消隐；慢路径用下降沿跟在扫描后面写。
  3. TE 标的是起笔相位；一帧写完还依赖总线带宽。乐鑫在 TE 已同步、读写同向的模型里，写速大约不低于扫描速的一半，写指针与扫描线就不容易在 GRAM 中段交叉。
  4. 最终以运动画面实测为准；带宽偏紧时可提高总线时序、缩小更新区域，或降低换帧率。

5.1 写得快用 1× 上升沿，写得慢用 2× 下降沿 ​

乐鑫 lcd_with_te 一类示例在初始化注释里，按「传完时间是否小于刷新窗口 time_Tvdl」给出抓沿与周期：

总线 / 假设抓沿注释大意
I80，传完时间 小于 刷新窗口上升沿（GPIO_INTR_POSEDGE）采用 1× 场周期，在上升沿开传
QSPI，传完时间 超过 刷新窗口下降沿（GPIO_INTR_NEGEDGE）采用 2× 场周期，在下降沿开传

「2× 周期」是工程折中：单帧传不完一场的安全窗时，用更稀的对齐节奏，让写指针更稳地落在扫描线后面。TE 决定从哪个相位起笔；整帧 DMA / 总线时间与一场扫描的快慢关系，仍由写屏带宽决定。

5.2 慢写时 GRAM 与 Panel ​

ST7789 手册 §8.15.4（MPU write slower than panel read）描述的慢写路径，可与上表「下降沿起笔、写在扫描线后」对照理解。下面交互示意用红 = 旧帧（OLD）、绿 = 新帧（NEW），左右分别是屏内 GRAM 与眼睛看到的 Panel：

  • 场 1：读指针自上而下扫 GRAM 时，该行仍是旧内容 → Panel 刷成红；写指针跟在读指针后面，把已扫过的行改成绿。
  • 场 2：读指针回到顶部时，上部已是绿 → Panel 已扫区域为绿；未扫到的区域仍保留上场的红，绿随扫描线往下覆盖。

可播放、暂停，或拖动进度条查看任意时刻（约 70% 处「上绿下红」最明显）。

场 10%红 = OLD绿 = NEW
场 1场 2结束

GRAM

绿 = 已写入的 NEW；白线 = 读指针。

绿 NEW红 OLD

Panel

场 2：线以上绿，线以下仍是上场红。

场1 · 红

示意依据 ST7789 手册 §8.15.4（MPU write slower than panel read）：写指针跟在读指针后；场 1 Panel 为旧帧，场 2 起扫到的是新帧。

要点：TE（TEM=0 下降沿 ≈ 有效区开扫）给出起笔相位；写指针保持在读指针之后，本场 Panel 读到的是完整旧帧或已写完的新帧区域，减轻「同一场里上下两截分属未完成写入」的撕裂。

5.3 快写时 GRAM 与 Panel ​

ST7789 手册中 MPU write faster than panel read 描述的快写路径，可与 §5.1「上升沿起笔、写在扫描线前」对照。同样用红 = OLD、绿 = NEW：

  • TE 上升沿（V-blank 开始）：主机起笔；消隐段内写指针已推进一大截。
  • 场 1 有效扫描：读指针自上而下时，所经行在 GRAM 里已是 NEW → Panel 扫过区域同场变绿；写指针始终跑在读指针前面，并在场中较早写满整帧。
  • 场 2：整屏已是绿，继续扫描仍为新帧。

与 §5.2 对照：慢写是「本场仍红、下场才绿」；快写是「本场扫过即为绿」。

场 10%红 = OLD绿 = NEW
TE↑ / 消隐场 1 扫完结束

GRAM

绿 = 已写入的 NEW；白线 = 读指针。写指针跑在读指针前面。

绿 NEW红 OLD

Panel

场 1：扫过的行已是 NEW → 同场内由红变为绿。

场1 · 仍红(消隐)

示意依据 ST7789 手册（MPU write faster than panel read）：TE 上升沿起笔，写指针领先读指针；本场扫描读到的已是新帧。

要点：TE（TEM=0 上升沿 ≈ V-blank 开始）给出起笔相位；整帧总线时间须短于一场扫描，写指针才能稳稳领先读指针。

5.3.1 实测：整帧 WR 短于一场 TE ​

i8080 快时序下，逻辑分析仪抓到整帧写屏落在一场周期内（约 60 Hz）：

整帧 WR 约 12 ms，短于一场约 16.8 ms

光标量到的典型关系（见上图）：

测量项约值含义
整帧 WR 突发宽度≈ 12 ms主机写完一帧 GRAM
相邻 TE / 帧标记跨度≈ 16.8 ms一场扫描周期（约 60 Hz）

WR 突发短于一场周期，对应「写屏速率快于屏扫」；再配合上升沿起笔，即本节快写模型。

6. Linux 6.8 如何处理 TE ​

Linux 6.8 的 fb_st7789v（drivers/staging/fbtft/fb_st7789v.c）在配置了 te-gpios 时，每次经 write_vmem 写屏前会先等一次 TE 上升沿，再把 framebuffer 脏区经 SPI 写入屏 GRAM：

c
/* drivers/staging/fbtft/fb_st7789v.c — write_vmem() */
if (irq_te) {
	enable_irq(irq_te);
	reinit_completion(&panel_te);
	ret = wait_for_completion_timeout(&panel_te,
					  msecs_to_jiffies(PANEL_TE_TIMEOUT_MS));
	if (ret == 0)
		dev_err(dev, "wait panel TE timeout\n");

	disable_irq(irq_te);
}

/* 随后 fbtft_write_vmem16_bus8/9/16(...) 经 SPI 写 GRAM */

上升沿中断里只做 complete(&panel_te)：

c
static irqreturn_t panel_te_handler(int irq, void *data)
{
	complete(&panel_te);
	return IRQ_HANDLED;
}

7. 刷图时怎么用 TE ​

TE 路径上常见两步：

动作作用
准备下一帧在内存里画好 / 换好缓冲
TE 中断里启动写屏经 i8080 / SPI 把当前帧写入屏 GRAM

也可每 N 个 TE 才写一帧：屏 TE ≈ 60 Hz、N=3 时，换图大约 20 次/秒。TE 管相位与节拍；单帧能否在下一拍前送完，看写屏带宽。

8. 小结 ​

  1. TE 由屏在扫描节拍下产生，供主机对齐写 GRAM，减轻撕裂。
  2. TEON + TEM=0：每帧一个宽脉冲，高电平 ≈ V-blank（实测约 1.16 ms）；周期落在标称 60 Hz 附近。
  3. TEM=1：叠加行消隐窄脉冲（实测约 321 次/帧）；整帧刷屏用 TEM=0 即可。
  4. 抓沿：按写速相对扫描速选型；快路径常见 1× + 上升沿，慢路径常见 2× + 下降沿。慢写 / 快写时序见 §5.2、§5.3 示意。
  5. Linux 6.8 fbtft：写屏前等一次 TE，再经 SPI 写 GRAM。
  6. 工程上：TE 管相位；写速与扫描速匹配（乐鑫模型里约写速 ≳ 扫速一半）再配合实测画面。

参考 ​

  • Sitronix ST7789 数据手册：TEON (35h) / TEOFF (34h) / STE (44h)，以及 TE 章节中 MPU 快/慢于 panel read 的示例
  • Linux 6.8：drivers/staging/fbtft/fb_st7789v.c — write_vmem 写屏前等 TE
  • Espressif：LCD Screen Tearing — TE 同步与写/读速度关系
  • Espressif lcd_with_te 示例：bsp_display_lcd_init 中 I80 1× 上升沿 / QSPI 2× 下降沿注释
  • Solomon SSD1963 Tearing Effect 应用笔记 — 快 MCU 抓上升沿、慢 MCU 抓下降沿
  • 附件波形：tem_0.png（TEM=0）、tem_1.png（TEM=1）、faster_wr.png（快写：整帧 WR 短于一场）
  • 双缓冲：解压快还是写屏快 — 解压与写屏谁更快时，帧率会被哪一端拖住

基于 VitePress 构建

Copyright © 2026