某型產(chǎn)品M9顯示芯片顯示異常的故障分析

肖衛(wèi)鎮(zhèn) 魏一鳴 呂冰

摘要：主要介紹了某計算機使用的M9顯示芯片因軟件問題導(dǎo)致的顯示異常的故障模式，通過故障樹分析法對M9顯示芯片的故障根源進行分析，確定其故障產(chǎn)生的根本原因，并提出解決辦法。

關(guān)鍵詞：M9顯示芯片;花屏;故障分析

0 引言

某型計算機采用ATI公司的M9芯片作為圖形處理器，它是ATI公司針對新一代低功耗多媒體系統(tǒng)而設(shè)計的高性能圖形處理芯片，M9支持2D/3D硬件加速，硬件支持OpenGL圖形接口標準，內(nèi)建多條并行圖形處理流水線，采用多芯片封裝技術(shù)，內(nèi)部集成64 MB的DDR顯存。M9圖形硬件加速性能極高，功耗較低，已經(jīng)成為軍用圖形顯示的首選方案。本文以某型計算機使用的M9顯示芯片出現(xiàn)顯示故障為切入點，對其故障機理進行分析，從而提出解決辦法。

1 故障背景

某型計算機在安全改裝后經(jīng)常出現(xiàn)綜顯花屏死機現(xiàn)象。安全改裝后，綜顯有一路視頻是接收該計算機加裝的顯控模塊的視頻輸出，出現(xiàn)綜顯花屏死機是其顯控模塊輸出的視頻故障導(dǎo)致。

該計算機在安全改裝后增加顯控模塊，輸出一路LVDS視頻信號，用于向綜顯傳輸視頻信息;顯控模塊由CPU子模塊和PMC-M9顯控組成。整個LVDS視頻信號傳輸路徑如圖1所示，其中LVDS視頻信號由M9顯卡芯片直接輸出，到CPU子模塊后經(jīng)驅(qū)動轉(zhuǎn)換為RGB信號，進入FPGA后直連送出，經(jīng)另一驅(qū)動器轉(zhuǎn)換成LVDS信號送到母板，送出計算機，經(jīng)電纜傳輸送達綜合顯示器進行顯示。

2 故障分析

2.1? ? 故障樹分析

根據(jù)產(chǎn)品工作原理，對花屏故障產(chǎn)生的原因進行故障樹分析，如圖2所示。

根據(jù)故障樹，顯示花屏有可能是由以下幾種原因造成：

（1）綜顯顯示屏存在故障;

（2）綜顯模塊內(nèi)部電路故障或設(shè)計缺陷;

（3）綜顯機箱內(nèi)部連線不滿足LVDS信號傳輸要求，造成LVDS信號畸變，信號質(zhì)量下降;

（4）機上電纜過長或不滿足LVDS信號傳輸要求，以及個別信號線斷線，造成LVDS信號畸變或缺失;

（5）整個LVDS信號傳輸線（從M9的信號源端到顯示屏的目的地端）4對LVDS視頻差分信號線不等長或超出信號允許范圍，造成LVDS信號畸變嚴重，信號質(zhì)量下降;

（6）計算機機箱內(nèi)部連線不滿足LVDS信號傳輸要求，造成LVDS信號畸變;

（7）計算機LVDS信號驅(qū)動電路故障;

（8）M9顯示芯片工作異常。

2.2? ? 故障定位

根據(jù)以上分析，針對外場出現(xiàn)的花屏故障，更換機上電纜以及綜顯，加電測試故障依然存在，基本可以排除故障樹中的（1）（2）（3）（4）項。更換工作正常的計算機后，加電測試綜顯顯示正常，說明故障可能是由計算機引起。而該產(chǎn)品生產(chǎn)量較大，工藝成熟，只有個別產(chǎn)品出現(xiàn)故障，基本可以排除故障樹中的（5）（6）項。

給故障產(chǎn)品加電，觀察顯控模塊串口打印信息，產(chǎn)品故障時打印如下信息：

該信息表明顯示需要的圖形數(shù)據(jù)無法正確地被M9顯示芯片的GPU從其顯存中讀取出來。結(jié)合以往排故經(jīng)驗，基本確定故障是M9顯示芯片工作不正常，造成綜顯花屏。

3 故障分析

M9顯示芯片工作不正常的原因有如下幾個方面：

（1）焊接存在問題;

（2）M9芯片損壞;

（3）M9芯片的硬件設(shè)計問題;

（4）M9芯片的軟件設(shè)置問題。

觀察顯控模塊串口輸出信息，每次加電測試時，無論顯示正常還是異常，M9顯示芯片均能正常完成設(shè)備查找和初始化工作，表明PCI總線數(shù)據(jù)傳輸正確，焊接方面的問題可以排除。M9顯示芯片已完成初始化，進入軟件設(shè)置的LVDS輸出工作模式，芯片損壞的原因也可以排除。檢查M9顯示芯片的硬件設(shè)計，通過核對和檢查PMC-M9顯卡的邏輯圖，確認硬件設(shè)計無誤。

M9顯示芯片不駐留軟件，該芯片的初始化和設(shè)置及相關(guān)圖形處理是由駐留在顯控模塊CPU子模塊上的軟件完成。M9顯示芯片的設(shè)置包括顯示分辨率、刷新頻率、GPU時鐘頻率、顯存時鐘頻率、GPU電壓、顯存電壓、同步信號以及極性等內(nèi)容。

檢查M9軟件設(shè)計，發(fā)現(xiàn)軟件在對M9顯示芯片進行設(shè)置時，為降低模塊功耗，M9顯示芯片的GPU時鐘和顯存時鐘進行了降頻處理，均設(shè)置為150 MHz，軟件中設(shè)置語句為：

按照目前軟件中設(shè)置的工作狀態(tài)在該顯控模塊上加載運行M9顯示芯片硬件自檢程序，測試結(jié)果Ring Buffer報錯，測試圖形顯示花屏。串口輸出錯誤信息如下：

在硬件不變的情況下，更改軟件中的時鐘設(shè)置，去掉該兩條設(shè)置時鐘頻率的語句，這種情況下M9顯示芯片的時鐘設(shè)置為默認值（GPU時鐘250 MHz，顯存時鐘220 MHz）。按照這種工作狀態(tài)在該顯控模塊上加載運行M9顯示芯片硬件自檢程序，自檢通過，測試圖像顯示正常。串口輸出信息如下：

以上測試結(jié)果表明，在該M9顯示芯片GPU和顯存的時鐘頻率均設(shè)置為150 MHz的情況下，芯片自檢報錯，無法滿足正常的圖形顯示性能需求。提高M9顯示芯片的時鐘頻率（設(shè)置為默認值：GPU時鐘250 MHz，顯存時鐘220 MHz）后，芯片自檢正常，圖形可正常顯示。

綜上所述，綜顯出現(xiàn)花屏現(xiàn)象是由該計算機顯控模塊軟件設(shè)置問題導(dǎo)致。由于軟件中對M9顯示芯片GPU和顯存的時鐘頻率設(shè)置不合理，M9顯示芯片工作不正常，有時會出現(xiàn)顯示花屏現(xiàn)象。更改顯控模塊軟件，把軟件中的GPU和顯存時鐘頻率設(shè)置為默認值，通過多種測試方法測試，該型計算機工作正常，顯示正常。

4 機理分析

圖形正常顯示需要由軟件通過CPU把需要顯示的圖形數(shù)據(jù)經(jīng)過PCI總線寫入M9顯示芯片的顯存中，再由M9顯示芯片的GPU從顯存中讀出圖形數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的視頻信號輸出顯示。

出現(xiàn)故障的計算機在M9顯示芯片GPU和顯存的時鐘頻率均設(shè)置為150 MHz的情況下，工作程序串口輸出顯示Ring Buffer Block和opengl drivers PIO FIFO報超時（Timed out），芯片自檢程序串口輸出顯示Ring Buffer超時，表明M9顯示芯片GPU訪問顯存存在問題，GPU在規(guī)定的時間內(nèi)不能把顯存中的圖形數(shù)據(jù)讀出，造成圖形不能正常顯示，顯示出現(xiàn)花屏現(xiàn)象。提高M9顯示芯片的時鐘頻率后，由于M9的性能提高，GPU可以正確訪問顯存，芯片自檢正常，圖形顯示正常。

在原來的設(shè)計中，為了降低產(chǎn)品功耗，對M9顯示芯片GPU時鐘和顯存時鐘進行了降頻，由于M9顯示芯片性能存在個體差異，該設(shè)置對于部分M9顯示芯片頻率過低，不能滿足正常的圖形顯示性能需求，引起顯示花屏的現(xiàn)象。

5 改進措施

更改顯控模塊軟件，去掉程序中設(shè)置M9的GPU和顯存時鐘頻率的語句，將M9芯片的時鐘頻率恢復(fù)為默認值（GPU時鐘250 MHz，顯存時鐘220 MHz）。加電測試，故障的計算機產(chǎn)品工作正常、顯示正常，故障排除。

6 結(jié)語

通過此次對綜顯畫面顯示異常進行故障樹分析，確定其為M9顯示芯片時鐘設(shè)置不合理所致。軟件設(shè)置時，為了追求降低產(chǎn)品功耗，盲目地降低了M9顯示芯片的GPU和顯存時鐘頻率，而M9芯片存在個體差異，導(dǎo)致個別芯片出現(xiàn)工作異常，用戶在使用過程中存在故障隱患。由于軟件故障在產(chǎn)品維修中難以排查，無形中給售后維修工作帶來了困擾。因此，產(chǎn)品在設(shè)計過程中，在關(guān)注硬件的同時，也需對軟件設(shè)置進行關(guān)注，減少因軟件設(shè)置考慮不周引發(fā)的產(chǎn)品故障。同時，維修人員在維修過程中，也需考慮軟件因素對產(chǎn)品故障的影響。

收稿日期：2021-05-26

作者簡介：肖衛(wèi)鎮(zhèn)（1988—），男，山東臨沂人，工程師，研究方向：機載計算機維修。