Linux/开源硬件/物联网/智能产品, wx:疯狂的运放

大家玩树莓派，如果不配置一个显示屏会不会觉得很奇怪？但显示屏的种类很多，今天就从显示屏“连接方式”的角度来为大家盘点一下。

我发现可以从“微雪Waveshare”显示屏进行切入，因为他们的介绍很详细，特别是面向国外用户的网站（waveshare.com），以下截取部分他们的显示屏型号：

图1-微雪显示屏型号截图，注意显示接口有SPI、DPI、DSI等，源自参考链接[1]

图2-微雪显示屏型号截图，注意显示接口有HDMI等，源自参考链接[1]

在上图中，已经揭示了常见的显示接口（Display Port），如SPI、DPI、DSI、HDMI等，那么，这些显示接口树莓派都支持吗？不同显示接口适用于什么场景、有什么特点？本文就来回答一下。

对于树莓派，以上提到的SPI、DPI、DSI、HDMI等接口都支持。我在树莓派4B的板载图上标注了一下各个显示接口的位置，供参考：

图3-树莓派上的SPI、DPI、DSI、HDMI等显示接口

本文逐一介绍各个显示接口的特点，从大家最熟悉的HDMI说起……

HDMI是2000年代初创建的视频标准，在刚创建的时候就支持1080p高清(HD)显示。

发展到如今HDMI已迭代过多个版本，我们仅关注 树莓派3 或 树莓派4 上的HDMI版本，其中，树莓派3的是HDMI 1.3版本，而树莓派4的是HDMI 2.0 版本。它们的差别如下：

图4-HDMI标准的版本差异

HDMI是即插即用标准，这是将外部显示屏连接到树莓派最简单、最可靠的方法。树莓派上有两个HDMI接口，它们是一种称为“Micro HDMI”的小型接口，与标准HDMI接口仅仅是尺寸上的差别。但请注意，它不是Micro USB接口。

图5-Micro HDMI与标准HDMI接口对比

你可能需要一个Micro HDMI转HDMI的线缆，才能将树莓派连接到显示器上，如下面这种：

图6-Micro HDMI与标准HDMI转接线

我没这种转接线，我的显示器也没多余的HDMI给树莓派用。所以用上了老掉牙的VGA接口，并借助了Micro HDMI转HDMI（母头），再加HDMI（公头）转VGA的两个转接口。很便宜的，两个加起来应该在20元以内。

图7-Micro HDMI转HDMI（母头） + HDMI（公头）转VGA

图8-树莓派通过Micro HDMI接口连接电脑显示器的效果

为以防万一，在插拔HDMI接头或线缆之前，建议先将树莓派断电是最安全的。

DSI全称为MIPI DSI（Mobile Industry Processor Interface Display Serial Interface），其中MIPI是标准。

DSI是一种基于多路数据通道的高速串行接口。总线上的电压摆幅仅为200mV，产生的电磁噪声和功耗非常小。树莓派上的DSI接口是15针，具有2路数据通道，接口定义如下：

图9-树莓派DSI接口定义

你需要一根15针线缆连接DSI显示屏，这种线缆通常是柔性线材形式，如下这种：

图10-树莓派通过DSI接口连接LCD液晶显示屏的效果

DSI显示总线在在手机或平板上挺多见，所以是一种比较流行的接口。

然后说到DPI接口，全称是Display Parallel Interface，也有称为Display Pixel Interface，是一种并行接口。

在树莓派上，DPI是通过GPIO实现的，可以利用40路GPIO排插连接，提供 RGB24（红色、绿色和蓝色，每种颜色8位）或 RGB666（每种颜色6位）或 RGB565（5位红色、6位绿色和 5位蓝色）等总线连接，时钟速率在70MHz左右。

图11-树莓派DPI接口定义，详见参考链接[2]

图12-树莓派通过DPI接口连接LCD液晶显示屏的效果

这种DPI接口的优点是可支持树莓派的HAT显示屏扩展板形态（Hardware Attached on Top），如上图这种，可以很稳定的固定在树莓派上，价格也便宜。但缺点是占用了太多GPIO，以及本身的总线功耗也不低。

最后一种是DBI接口，全称是Display Bus interface，如果是HAT显示屏的话其形态与上述DPI很像，也是插在GPIO排插上，但通常基于3或4线SPI的总线协议，占用的GPIO的数量较少。

如果看图1的微雪显示屏型号，可以发现这些基于SPI的显示屏都很小。这是因为通过SPI更新显示内容，如果总线上每个时钟周期传输一位，那么320x240x16bpp就需要 73.728MHz 的SPI总线时钟才能实现60fps刷新频率。在现实中，即使树莓派可以提供高速SPI时钟，但LCD显示屏那边控制器也不一定支持。所以因为SPI时钟频率的限制，这类屏幕通常尺寸或分辨率都比较小。

近几年兴起的小型电子墨水屏（E-INK），多是基于SPI总线，如下所示：

图13-树莓派通过SPI总线接口连接电子墨水屏（E-INK）的效果

参考链接[3]提供了一种提升SPI总线显示屏刷新率的方法，主要原理是所谓的“自适应显示更新”，即不是更新每一个像素，而是仅将屏幕中实际需要更新的像素提交给总线。这种做法的代价是是耗费了额外的计算资源，当然对于学习底层GPU/内存等原理的话，是一个很好的例子。

根据上面的介绍：

从技术先进的角度：DSI与HDMI可以齐名排第一，DPI排第二，DBI/SPI排第三。但从成本优势的角度是反过来的排序。所以，没有最好的，只有根据应用场景选择最合适的显示屏与接口。