某型产品M9显示芯片显示异常的故障分析

肖卫镇 魏一鸣 吕冰

摘要：主要介绍了某计算机使用的M9显示芯片因软件问题导致的显示异常的故障模式，通过故障树分析法对M9显示芯片的故障根源进行分析，确定其故障产生的根本原因，并提出解决办法。

关键词：M9显示芯片;花屏;故障分析

0 引言

某型计算机采用ATI公司的M9芯片作为图形处理器，它是ATI公司针对新一代低功耗多媒体系统而设计的高性能图形处理芯片，M9支持2D/3D硬件加速，硬件支持OpenGL图形接口标准，内建多条并行图形处理流水线，采用多芯片封装技术，内部集成64 MB的DDR显存。M9图形硬件加速性能极高，功耗较低，已经成为军用图形显示的首选方案。本文以某型计算机使用的M9显示芯片出现显示故障为切入点，对其故障机理进行分析，从而提出解决办法。

1 故障背景

某型计算机在安全改装后经常出现综显花屏死机现象。安全改装后，综显有一路视频是接收该计算机加装的显控模块的视频输出，出现综显花屏死机是其显控模块输出的视频故障导致。

该计算机在安全改装后增加显控模块，输出一路LVDS视频信号，用于向综显传输视频信息;显控模块由CPU子模块和PMC-M9显控组成。整个LVDS视频信号传输路径如图1所示，其中LVDS视频信号由M9显卡芯片直接输出，到CPU子模块后经驱动转换为RGB信号，进入FPGA后直连送出，经另一驱动器转换成LVDS信号送到母板，送出计算机，经电缆传输送达综合显示器进行显示。

2 故障分析

2.1    故障树分析

根据产品工作原理，对花屏故障产生的原因进行故障树分析，如图2所示。

根据故障树，显示花屏有可能是由以下几种原因造成：

（1）综显显示屏存在故障;

（2）综显模块内部电路故障或设计缺陷;

（3）综显机箱内部连线不满足LVDS信号传输要求，造成LVDS信号畸变，信号质量下降;

（4）机上电缆过长或不满足LVDS信号传输要求，以及个别信号线断线，造成LVDS信号畸变或缺失;

（5）整个LVDS信号传输线（从M9的信号源端到显示屏的目的地端）4对LVDS视频差分信号线不等长或超出信号允许范围，造成LVDS信号畸变严重，信号质量下降;

（6）计算机机箱内部连线不满足LVDS信号传输要求，造成LVDS信号畸变;

（7）计算机LVDS信号驱动电路故障;

（8）M9显示芯片工作异常。

2.2    故障定位

根据以上分析，针对外场出现的花屏故障，更换机上电缆以及综显，加电测试故障依然存在，基本可以排除故障树中的（1）（2）（3）（4）项。更换工作正常的计算机后，加电测试综显显示正常，说明故障可能是由计算机引起。而该产品生产量较大，工艺成熟，只有个别产品出现故障，基本可以排除故障树中的（5）（6）项。

给故障产品加电，观察显控模块串口打印信息，产品故障时打印如下信息：

该信息表明显示需要的图形数据无法正确地被M9显示芯片的GPU从其显存中读取出来。结合以往排故经验，基本确定故障是M9显示芯片工作不正常，造成综显花屏。

3 故障分析

M9显示芯片工作不正常的原因有如下几个方面：

（1）焊接存在问题;

（2）M9芯片损坏;

（3）M9芯片的硬件设计问题;

（4）M9芯片的软件设置问题。

观察显控模块串口输出信息，每次加电测试时，无论显示正常还是异常，M9显示芯片均能正常完成设备查找和初始化工作，表明PCI总线数据传输正确，焊接方面的问题可以排除。M9显示芯片已完成初始化，进入软件设置的LVDS输出工作模式，芯片损坏的原因也可以排除。检查M9显示芯片的硬件设计，通过核对和检查PMC-M9显卡的逻辑图，确认硬件设计无误。

M9显示芯片不驻留软件，该芯片的初始化和设置及相关图形处理是由驻留在显控模块CPU子模块上的软件完成。M9显示芯片的设置包括显示分辨率、刷新频率、GPU时钟频率、显存时钟频率、GPU电压、显存电压、同步信号以及极性等内容。

检查M9软件设计，发现软件在对M9显示芯片进行设置时，为降低模块功耗，M9显示芯片的GPU时钟和显存时钟进行了降频处理，均设置为150 MHz，软件中设置语句为：

按照目前软件中设置的工作状态在该显控模块上加载运行M9显示芯片硬件自检程序，测试结果Ring Buffer报错，测试图形显示花屏。串口输出错误信息如下：

在硬件不变的情况下，更改软件中的时钟设置，去掉该两条设置时钟频率的语句，这种情况下M9显示芯片的时钟设置为默认值（GPU时钟250 MHz，显存时钟220 MHz）。按照这种工作状态在该显控模块上加载运行M9显示芯片硬件自检程序，自检通过，测试图像显示正常。串口输出信息如下：

以上測试结果表明，在该M9显示芯片GPU和显存的时钟频率均设置为150 MHz的情况下，芯片自检报错，无法满足正常的图形显示性能需求。提高M9显示芯片的时钟频率（设置为默认值：GPU时钟250 MHz，显存时钟220 MHz）后，芯片自检正常，图形可正常显示。

综上所述，综显出现花屏现象是由该计算机显控模块软件设置问题导致。由于软件中对M9显示芯片GPU和显存的时钟频率设置不合理，M9显示芯片工作不正常，有时会出现显示花屏现象。更改显控模块软件，把软件中的GPU和显存时钟频率设置为默认值，通过多种测试方法测试，该型计算机工作正常，显示正常。

4 机理分析

图形正常显示需要由软件通过CPU把需要显示的图形数据经过PCI总线写入M9显示芯片的显存中，再由M9显示芯片的GPU从显存中读出图形数据，转换为相应的视频信号输出显示。

出现故障的计算机在M9显示芯片GPU和显存的时钟频率均设置为150 MHz的情况下，工作程序串口输出显示Ring Buffer Block和opengl drivers PIO FIFO报超时（Timed out），芯片自检程序串口输出显示Ring Buffer超时，表明M9显示芯片GPU访问显存存在问题，GPU在规定的时间内不能把显存中的图形数据读出，造成图形不能正常显示，显示出现花屏现象。提高M9显示芯片的时钟频率后，由于M9的性能提高，GPU可以正确访问显存，芯片自检正常，图形显示正常。

在原来的设计中，为了降低产品功耗，对M9显示芯片GPU时钟和显存时钟进行了降频，由于M9显示芯片性能存在个体差异，该设置对于部分M9显示芯片频率过低，不能满足正常的图形显示性能需求，引起显示花屏的现象。

5 改进措施

更改显控模块软件，去掉程序中设置M9的GPU和显存时钟频率的语句，将M9芯片的时钟频率恢复为默认值（GPU时钟250 MHz，显存时钟220 MHz）。加电测试，故障的计算机产品工作正常、显示正常，故障排除。

6 结语

通过此次对综显画面显示异常进行故障树分析，确定其为M9显示芯片时钟设置不合理所致。软件设置时，为了追求降低产品功耗，盲目地降低了M9显示芯片的GPU和显存时钟频率，而M9芯片存在个体差异，导致个别芯片出现工作异常，用户在使用过程中存在故障隐患。由于软件故障在产品维修中难以排查，无形中给售后维修工作带来了困扰。因此，产品在设计过程中，在关注硬件的同时，也需对软件设置进行关注，减少因软件设置考虑不周引发的产品故障。同时，维修人员在维修过程中，也需考虑软件因素对产品故障的影响。

收稿日期：2021-05-26

作者简介：肖卫镇（1988—），男，山东临沂人，工程师，研究方向：机载计算机维修。