HDMI CEC

Mainline에서 지원하는 HDMI CEC hardware

Mainline Linux의 HDMI CEC framework는 다음 hardware를 지원합니다.

Pulse-Eight `pulse8-cec` driver의 `persistent_config` module option은 기본적으로 꺼져 있습니다. 1로 설정하면 현재 설정을 장치 내부 EEPROM에 저장하고 다음 USB 연결 때 복원합니다. RainShadow Tech hardware도 이를 지원하지만 해당 driver에는 이 option이 구현되어 있지 않습니다.

CEC pin framework를 직접 사용하는 `cec-gpio`, Allwinner A10 등의 driver는 high-resolution timer에 의존합니다. NTP daemon이 clock을 빠르게 하거나 느리게 하면 timing이 specification을 벗어날 수 있습니다.

`chronyd`는 기본적으로 clock을 1/12만큼 증감할 수 있으므로 `chronyd.conf`에 `maxslewrate 40000`을 추가해 변화를 1/25로 제한하면 CEC timing을 specification 안에 유지할 수 있습니다.

CEC utility와 specification

• v4l-utilshttps://git.linuxtv.org/v4l-utils.git
• CEC Hospitality Profilehttp://www.htng.org
• libcechttps://github.com/Pulse-Eight/libcec
• HDMI referenceshttps://en.wikipedia.org/wiki/HDMI

`cec-ctl`은 일부 hotel display에서 쓰는 CEC Hospitality Profile을 지원하고, `libcec` library도 Linux CEC framework를 지원합니다.

CEC는 HDMI specification의 일부입니다. 무료로 구할 수 있는 HDMI 1.3은 CEC 관점에서 HDMI 1.4와 매우 비슷해 대부분의 작업에 충분합니다.

CEC가 동작하는 DisplayPort-to-HDMI adapter

대부분의 adapter는 CEC Tunneling을 지원하지 않고, 지원한다고 해도 CEC pin을 실제로 연결하지 않은 제품이 많습니다. 이 경우 CEC device node는 생겨도 다른 CEC 장치를 발견할 수 없습니다.

DP-to-HDMI adapter를 TV 같은 CEC 지원 장치에 연결한 뒤 다음 명령으로 PC를 playback device로 설정하고 topology를 확인합니다.

cec-ctl --playback	# Configure the PC as a CEC Playback device
cec-ctl -S		# Show the CEC topology

`cec-ctl -S` 출력에는 자신과 연결 대상, 보통 TV인 CEC 장치가 최소 두 개 나타나야 합니다.

동작이 확인된 chipset은 Parade PS175, PS176, PS186과 MegaChips 2900입니다. MegaChips 28x0은 CEC 지원을 주장하지만 실제 동작은 확인되지 않았습니다.

• Samsung EE-PW700https://www.samsung.com/ie/support/model/EE-PW700BBEGWW/
• Kramer ADC-U31C/HFhttps://www.kramerav.com/product/ADC-U31C/HF
• Club3D CAC-2504https://www.club-3d.com/en/detail/2449/usb_3.1_type_c_to_hdmi_2.0_uhd_4k_60hz_active_adapter/
• Club3D CAC-1080https://www.club-3d.com/en/detail/2442/displayport_1.4_to_hdmi_2.0b_hdr/
• CableCreation CD0712https://www.cablecreation.com/products/active-displayport-to-hdmi-adapter-4k-hdr
• HP 2JA63AAhttps://www.hp.com/us-en/shop/pdp/hp-displayport-to-hdmi-true-4k-adapter
• Club3D CAC-1180https://www.club-3d.com/en/detail/2443/mini_displayport_1.4_to_hdmi_2.0b_hdr/

Passive adapter는 동작하지 않으므로 active adapter가 필요합니다. 목록의 Club3D 제품은 모두 MegaChips 2900 기반입니다. 다른 PS176 기반 Club3D adapter는 CEC pin이 연결되지 않아 위 세 제품만 동작이 확인되었습니다. MegaChips 2900 설계는 대체로 동작할 가능성이 높고 PS176은 성공 사례가 드물며 PS186은 reference design 변경으로 CEC pin이 연결됐을 가능성이 큽니다.

USB CEC dongle의 udev·systemd 설정

USB CEC dongle은 `/dev/ttyACMX`로 나타나며 `inputattach` utility가 `/dev/cecX`를 생성해야 합니다. Pulse-Eight 지원은 `inputattach` 1.6.0, RainShadow Tech 지원은 1.6.1에 추가되었습니다.

Systemd service를 자동 시작하려면 다음 udev rule이 필요합니다.

SUBSYSTEM=="tty", KERNEL=="ttyACM[0-9]*", ATTRS{idVendor}=="2548", ATTRS{idProduct}=="1002", ACTION=="add", TAG+="systemd", ENV{SYSTEMD_WANTS}+="pulse8-cec-inputattach@%k.service"
SUBSYSTEM=="tty", KERNEL=="ttyACM[0-9]*", ATTRS{idVendor}=="2548", ATTRS{idProduct}=="1001", ACTION=="add", TAG+="systemd", ENV{SYSTEMD_WANTS}+="pulse8-cec-inputattach@%k.service"
SUBSYSTEM=="tty", KERNEL=="ttyACM[0-9]*", ATTRS{idVendor}=="04d8", ATTRS{idProduct}=="ff59", ACTION=="add", TAG+="systemd", ENV{SYSTEMD_WANTS}+="rainshadow-cec-inputattach@%k.service"

Pulse-Eight용 `/lib/systemd/system/pulse8-cec-inputattach@.service`는 다음과 같습니다.

[Unit]
Description=inputattach for pulse8-cec device on %I

[Service]
Type=simple
ExecStart=/usr/bin/inputattach --pulse8-cec /dev/%I

RainShadow Tech용 `/lib/systemd/system/rainshadow-cec-inputattach@.service`는 다음과 같습니다.

[Unit]
Description=inputattach for rainshadow-cec device on %I

[Service]
Type=simple
ExecStart=/usr/bin/inputattach --rainshadow-cec /dev/%I

Suspend/resume 뒤 `inputattach`를 다시 시작하려면 `/lib/systemd/system/restart-cec-inputattach.service`를 만듭니다.

[Unit]
Description=restart inputattach for cec devices
After=suspend.target

[Service]
Type=forking
ExecStart=/bin/bash -c 'for d in /dev/serial/by-id/usb-Pulse-Eight*; do /usr/bin/inputattach --daemon --pulse8-cec $d; done; for d in /dev/serial/by-id/usb-RainShadow_Tech*; do /usr/bin/inputattach --daemon --rainshadow-cec $d; done'

[Install]
WantedBy=suspend.target

그다음 `systemctl enable restart-cec-inputattach`를 실행합니다.

EDID가 바뀔 때 CEC physical address를 자동 갱신하려면 `cec-ctl -E`를 사용합니다.

cec-ctl -E /sys/class/drm/card0-DP-1/edid

이 예는 dongle이 `card0-DP-1` output에 연결됐다고 가정합니다. 실제 output은 `xrandr`로 확인할 수 있고, 명령은 EDID 변경을 polling해 Physical Address를 갱신합니다.

Cron으로 자동 실행하려면 `crontab -e`에 다음 줄을 추가합니다.

@reboot /usr/local/bin/cec-ctl -E /sys/class/drm/card0-DP-1/edid

이 방식은 i915처럼 EDID를 `/sys/class/drm`에 노출하는 display driver에서만 동작합니다.

HPD가 없을 때의 CEC 동작과 시험

일부 display는 standby 상태에서 HDMI Hotplug Detect(HPD) signal을 내리지 않지만 CEC는 계속 켜 두어 연결 장치가 `<Image View On>` message로 display를 깨울 수 있게 합니다. 모든 CEC adapter가 이를 지원하지는 않습니다.

예를 들어 Odroid-U3 SBC는 HPD가 low일 때 level shifter 전원이 꺼져 CEC pin을 막습니다. SoC가 HPD 없이 CEC를 쓸 수 있어도 board hardware 때문에 동작하지 않습니다.

`CEC_CAP_NEEDS_HPD` capability flag가 설정돼 있으면 hardware가 이 동작으로 display를 깨울 수 없다는 뜻입니다.

CEC application은 다른 message보다 `<Image View On>`을 반드시 먼저 보내야 합니다. 일부 결함 있는 구현은 다른 message를 먼저 받으면 혼란에 빠져 wake-up하지 않습니다.

Driver를 시험하는 첫 방법은 Pulse-Eight USB CEC dongle을 이용하는 것입니다.

cec-ctl -p0.0.0.0 --tv

sudo cec-ctl -M

cec-ctl --playback

cec-ctl -t0 --image-view-on

Pulse-Eight가 `<Image View On>`을 보지 못하면 hardware 또는 software가 CEC 송신을 막는 것입니다. Wiring 확인을 위해 Pulse-Eight를 CEC display에 연결하면 HPD가 생기므로 같은 명령이 도착해야 합니다.

두 번째 방법은 HPD 없이 CEC를 지원하는 다른 Linux 장치에 시험 장치를 직접 연결하는 것입니다. HDMI output 두 개를 서로 연결해 HPD 없이 두 번째 장치가 CEC pin을 monitor하게 할 수 있습니다.

HPD가 없을 때 message가 통과하지 않으면 hardware 제한인지, HPD가 low일 때 software가 CEC core 전원을 끄는지 확인해야 합니다. Hardware 제한은 고칠 수 없지만 후자는 driver 변경으로 수정할 수 있습니다.

Microcontroller 기반 CEC timing

일부 display의 CEC 구현은 microcontroller로 bus를 sampling합니다. 자체가 문제는 아니지만 일부 구현에는 low-level CEC debugger가 있어야 발견할 수 있는 timing 문제가 있습니다.

CEC transmitter가 허용 범위보다 오래 line을 high 또는 low로 유지할 수 있습니다. Directed message는 ACK를 받지 못해 재전송되므로 큰 문제가 아니지만 broadcast message에는 그런 복구 mechanism이 없습니다.

손실 가능성을 줄이기 위해 `<Standby>`와 `<Active Source>` 같은 broadcast message는 두 번 전송하는 것이 합리적일 수 있습니다.

Raspberry Pi 4B CEC debugger 제작

Raspberry Pi 4B와 저렴한 부품으로 low-level CEC debugger를 만들 수 있습니다. 핵심 부품은 full-soldering type 1 HDMI female-to-female passthrough connector입니다.

• HDMI passthrough breakout boardhttps://elabbay.myshopify.com/collections/camera/products/hdmi-af-af-v1a-hdmi-type-a-female-to-hdmi-type-a-female-pass-through-adapter-breakout-board?variant=45533926147
• Breadboard wire sethttp://www.dx.com/p/diy-40p-male-to-female-male-to-male-female-to-female-dupont-line-wire-3pcs-356089#.WYLOOXWGN7I
• 5V-to-3.3V level shifterhttps://www.adafruit.com/product/757

Passthrough board의 video 품질은 일정하지 않고 4kp60(594 MHz)은 통과시키기 어렵습니다. 4kp30 가능성은 있지만 대개 1080p60(148.5 MHz)으로 제한됩니다. CEC 시험에는 충분합니다.

`arch/arm/boot/dts/bcm2711-rpi-4-b.dts`에 다음 node를 추가하면 `cec-gpio` driver를 올바르게 연결합니다.

cec@6 {
	compatible = "cec-gpio";
	cec-gpios = <&gpio 6 (GPIO_ACTIVE_HIGH|GPIO_OPEN_DRAIN)>;
	hpd-gpios = <&gpio 23 GPIO_ACTIVE_HIGH>;
	v5-gpios = <&gpio 25 GPIO_ACTIVE_HIGH>;
};

cec@7 {
	compatible = "cec-gpio";
	cec-gpios = <&gpio 7 (GPIO_ACTIVE_HIGH|GPIO_OPEN_DRAIN)>;
	hpd-gpios = <&gpio 12 GPIO_ACTIVE_HIGH>;
	v5-gpios = <&gpio 22 GPIO_ACTIVE_HIGH>;
};

HPD 또는 5V line을 연결하지 않았다면 대응하는 `hpd-gpios` 또는 `v5-gpios` 줄을 삭제합니다. 이 DTS 변경은 CEC GPIO 장치 두 개를 만들며, 하나는 송수신에 다른 하나는 monitoring에 사용할 수 있습니다. 설정하지 않은 CEC adapter로 monitor하면 GPIO interrupt를 써서 매우 정확합니다.

Traffic monitoring만 필요하면 instance 하나면 충분합니다. 최소 구성은 HDMI passthrough connector 하나와 female-to-female wire 두 개로, ground와 CEC pin(GPIO 6)만 연결합니다.

Error injection 사용법은 `cec_pin_error_inj` 문서를 참고합니다. `cec-ctl --monitor-pin`은 low-level CEC bus sniffing과 분석을 수행하고, `--store-pin`으로 저장한 뒤 `--analyze-pin`으로 분석할 수 있습니다.

`cec-ctl --tv -p0.0.0.0` 또는 `cec-ctl --playback -p1.0.0.0`으로 설정하면 완전한 CEC 장치로도 사용할 수 있습니다.

Extron DA HD 4K PLUS CEC adapter driver

• Extron DA HD 4K PLUS serieshttps://www.extron.com/product/dahd4kplusseries

이 driver는 Extron DA HD 4K PLUS HDMI Distribution Amplifier의 2·4·6 port model을 지원합니다. Firmware 1.02.0001 이상이 필요합니다.

오래된 hardware revision에는 CEC voltage 문제가 있어 CEC가 동작하지 않을 수 있습니다. 이 문제는 hardware revision E34814 이상에서 수정되었습니다.

Manual mode에서는 userspace가 HDMI Input과 모든 HDMI Output의 CEC를 직접 제어해 완전한 control을 얻지만 설정이 복잡합니다.

`vendor_id` module option을 설정하면 automatic mode가 선택됩니다. Driver가 CEC를 설정하고 input에서 받은 message를 output으로 분배하며 Hotplug Detect 변경도 처리합니다. `/dev/cecX`로 연결 장치에 직접 message를 보낼 수 있습니다.

Driver는 EDID도 관리하며 `/dev/videoX` node를 만들어 EDID를 읽고 HDMI Input에서는 설정할 수도 있게 합니다. 기본적으로 userspace가 연결 display의 EDID에 따라 input EDID를 설정합니다.

`manufacturer_name`을 설정하면 driver가 연결 display의 지원 resolution을 바탕으로 HDMI Input EDID를 자동 생성합니다. 현재 1080p60과 4kp60만 지원하며 모든 display가 4kp60을 지원할 때만 4kp60을 광고하고, 아니면 1080p60 EDID로 fallback합니다.

Extron 상태는 `/sys/kernel/debug/cec/cecX/status`에서 확인합니다.

Extron driver module option

`vendor_id`가 분배하는 message는 `<Standby>`, `<Image View On>`, `<Text View On>`, `<Give Device Power Status>`, `<Set System Audio Mode>`, `<Request Current Latency>`입니다.