HDMI


HDMI

概述

功能简介

HDMI(High Definition Multimedia Interface),即高清多媒体接口,主要用于DVD、机顶盒等音视频source到TV、显示器等Sink设备的传输。

基本概念

HDMI是Hitachi、Panasonic、Philips、Silicon Image、Sony、Thomson、Toshiba共同发布的一款音视频传输协议。传输过程遵循TMDS(Transition Minimized Differential Signaling)协议。

  • TMDS(Transition Minimized Differential signal):过渡调制差分信号,也被称为最小化传输差分信号,用于发送音频、视频及各种辅助数据。

  • DDC(Display Data Channel):显示数据通道,发送端与接收端可利用DDC通道得知彼此的发送与接收能力,但HDMI仅需单向获知接收端(显示器)的能力。

  • CEC(Consumer Electronics Control):消费电子控制,该功能应该能够在连接HDMI的发送设备与接收设备之间实现交互操作。

  • FRL(Fixed Rate Link):TMDS 的架构进行讯号传输时,最高带宽可达 18Gbps,而 FRL 模式的带宽则提升到 48 Gbps。

  • HDCP(High-bandwidth Digital Content Protection):即高带宽数字内容保护技术,当用户对高清晰信号进行非法复制时,该技术会进行干扰,降低复制出来的影像的质量,从而对内容进行保护。

运作机制

在HDF框架中,HDMI的接口适配模式采用独立服务模式(如图1),在这种模式下,每一个设备对象会独立发布一个设备服务来处理外部访问,设备管理器收到API的访问请求之后,通过提取该请求的参数,达到调用实际设备对象的相应内部方法的目的。独立服务模式可以直接借助HDFDeviceManager的服务管理能力,但需要为每个设备单独配置设备节点,增加内存占用率。

图 1 HDMI独立服务模式

image1

约束与限制

HDMI模块当前仅支持轻量和小型系统内核(LiteOS) 。

开发指导

场景介绍

HDMI具有体积小,传输速率高,传输带宽宽,兼容性好,能同时传输无压缩音视频信号等优点。与传统的全模拟接口相比,HDMI不但增加了设备间接线的便捷性,还提供了一些HDMI特有的智能化功能,可用于小体积设备进行高质量音视频传输的场景。

接口说明

HdmiCntlrOps定义:

struct HdmiCntlrOps {
    void (*hardWareInit)(struct HdmiCntlr *cntlr);
    void (*hardWareStatusGet)(struct HdmiCntlr *cntlr, struct HdmiHardwareStatus *status);
    void (*controllerReset)(struct HdmiCntlr *cntlr);
    bool (*hotPlugStateGet)(struct HdmiCntlr *cntlr);
    bool (*hotPlugInterruptStateGet)(struct HdmiCntlr *cntlr);
    void (*lowPowerSet)(struct HdmiCntlr *cntlr, bool enable);
    void (*tmdsModeSet)(struct HdmiCntlr *cntlr, enum HdmiTmdsModeType mode);
    int32_t (*tmdsConfigSet)(struct HdmiCntlr *cntlr, struct HdmiTmdsConfig mode);
    void (*infoFrameEnable)(struct HdmiCntlr *cntlr, enum HdmiPacketType infoFrameType, bool enable);
    int32_t (*infoFrameSend)(struct HdmiCntlr *cntlr, enum HdmiPacketType infoFrameType, uint8_t *data, uint32_t len);
    int32_t (*infoFrameDataSet)(struct HdmiCntlr *cntlr, uint32_t type, uint8_t *data, uint32_t len);
    int32_t (*cecMsgSend)(struct HdmiCntlr *cntlr, struct HdmiCecMsg *msg);
    void (*audioPathEnable)(struct HdmiCntlr *cntlr, bool enable);
    void (*audioPathSet)(struct HdmiCntlr *cntlr, struct HdmiAudioConfigInfo *config);
    void (*phyOutputEnable)(struct HdmiCntlr *cntlr, bool enable);
    void (*phyOutputSet)(struct HdmiCntlr *cntlr, struct HdmiPhyCfg *cfg);
    void (*blackDataSet)(struct HdmiCntlr *cntlr, bool enable);
    void (*videoMuteEnable)(struct HdmiCntlr *cntlr, bool enable);
    void (*videoPathSet)(struct HdmiCntlr *cntlr, struct HdmiVideoAttr *attr);
    void (*audioMuteEnable)(struct HdmiCntlr *cntlr, bool enable);
    void (*avmuteSet)(struct HdmiCntlr *cntlr, bool enable);
    int32_t (*ddcTransfer)(struct HdmiCntlr *cntlr, struct HdmiDdcCfg *ddcCfg);
    bool (*scdcSourceScrambleGet)(struct HdmiCntlr *cntlr);
    int32_t (*scdcSourceScrambleSet)(struct HdmiCntlr *cntlr, bool enable);
    void (*frlSet)(struct HdmiCntlr *cntlr);
    int32_t (*frlEnable)(struct HdmiCntlr *cntlr, bool enable);
    int32_t (*audioNctsSet)(struct HdmiCntlr *cntlr, struct HdmiFrlAudioNctsConfig *cfg);
    void (*frlTrainingConfigSet)(struct HdmiCntlr *cntlr, struct HdmiFrlTrainConfig *cfg);
    void (*frlTrainingStart)(struct HdmiCntlr *cntlr);
    void (*frlGetTriningRslt)(struct HdmiCntlr *cntlr, struct HdmiFrlTrainRslt *rslt);
    void (*hdcpRegInit)(struct HdmiCntlr *cntlr);
    int32_t (*hdcpGenerateAksvAndAn)(struct HdmiCntlr *cntlr);
    int32_t (*hdcpOptReg)(struct HdmiCntlr *cntlr, enum HdmiHdcpRegOptType type, uint8_t *data, uint32_t len);
    void (*hdrTimerSet)(struct HdmiCntlr *cntlr, struct HdmiHdrTimerConfig *config);
};
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表1 HdmiCntlrOps结构体成员的回调函数功能说明

函数成员 入参 出参 返回值 功能
hardWareInit cntlr: 结构体指针,核心层HDMI控制器; 初始化HDMI硬件
hardWareStatusGet cntlr: 结构体指针,核心层HDMI控制器;
status:HDMI硬件状态 ; 获取HDMI当前硬件状态
controllerReset cntlr: 结构体指针,核心层HDMI控制器; 复位HDMI控制器
hotPlugStateGet cntlr: 结构体指针,核心层HDMI控制器; bool: HDMI热插拔状态 获取HDMI热插拔状态
hotPlugInterruptStateGet cntlr: 结构体指针,核心层HDMI控制器; bool: HDMI热插拔中断状态 获取HDMI热插拔中断状态
lowPowerSet cntlr: 结构体指针,核心层HDMI控制器;
enable: bool,使能/去使能
使能/去使能低功耗
tmdsModeSet cntlr: 结构体指针,核心层HDMI控制器;
mode:TMDS模式
设置TMDS模式
tmdsConfigSet cntlr: 结构体指针,核心层HDMI控制器;
mode: TMDS参数
HDF_STATUS相关状态 配置TMDS参数
infoFrameEnable cntlr: 结构体指针,核心层HDMI控制器;
infoFrameType: packet类型
enable: bool,使能/去使能
使能/去使能infoFrame
infoFrameSend cntlr: 结构体指针,核心层HDMI控制器;
infoFrameType: packet类型
data: infoFrame数据
len:数据长度
HDF_STATUS相关状态 发送infoFrame
cecMsgSend cntlr: 结构体指针,核心层HDMI控制器;
msg: CEC消息
HDF_STATUS相关状态 发送CEC消息
audioPathEnable cntlr: 结构体指针,核心层HDMI控制器;
enable: bool,使能/去使能
使能/去使能audio通路
audioPathSet cntlr: 结构体指针,核心层HDMI控制器;
config: 配置信息
设置audio通路配置信息
phyOutputEnable cntlr: 结构体指针,核心层HDMI控制器;
enable: bool,使能/去使能
使能/去使能物理层输出状态
phyOutputSet cntlr: 结构体指针,核心层HDMI控制器;
cfg: 配置信息
设置物理层配置信息
blackDataSet cntlr: 结构体指针,核心层HDMI控制器;
enable: bool,使能/去使能
设置黑屏
videoMuteEnable cntlr: 结构体指针,核心层HDMI控制器;
enable: bool,使能/去使能
使能/去使能video静音
videoPathSet cntlr: 结构体指针,核心层HDMI控制器;
attr: 配置信息
设置viedo通路配置信息
audioMuteEnable cntlr: 结构体指针,核心层HDMI控制器;
enable: bool,使能/去使能
使能/去使能audio静音
avmuteSet cntlr: 结构体指针,核心层HDMI控制器;
enable: bool,使能/去使能
使能/去使能声音图像消隐
ddcTransfer cntlr: 结构体指针,核心层HDMI控制器;
ddcCfg:DDC配置参数
ddcCfg:DDC配置参数 HDF_STATUS相关状态 读写DDC数据
scdcSourceScrambleGet cntlr: 结构体指针,核心层HDMI控制器; bool,加扰状态 获取source端的加扰状态
scdcSourceScrambleSet cntlr: 结构体指针,核心层HDMI控制器;
enable: bool,使能/去使能
HDF_STATUS相关状态 使能/去使能source端的加扰
frlEnable cntlr: 结构体指针,核心层HDMI控制器;
enable: bool,使能/去使能
HDF_STATUS相关状态 使能/去使能FRL
audioNctsSet cntlr: 结构体指针,核心层HDMI控制器;
cfg:N/CTS配 置参数
HDF_STATUS相关状态 设置audio的N/CTS信息
frlTrainingConfigSet cntlr: 结构体指针,核心层HDMI控制器;
cfg:FRL Traning配置参数
设置FRL Traning配置信息
frlTrainingStart cntlr: 结构体指针,核心层HDMI控制器; 开始FRL Traning流程
frlGetTriningRslt cntlr: 结构体指针,核心层HDMI控制器; rslt:FRL Traning结果 获取FRL Traning结果
hdcpRegInit cntlr: 结构体指针,核心层HDMI控制器; 初始化HDCP流程相关的寄存器
hdcpGenerateAksvAndAn cntlr: 结构体指针,核心层HDMI控制器; HDF_STATUS相关状态 HDCP流程中生成aksv和an
hdcpOptReg cntlr: 结构体指针,核心层HDMI控制器;
type: 操作类型
data: 寄存器数据
len: 数据长度
data: 寄存器数据 HDF_STATUS相关状态 HDCP流程中读写相关寄存器
hdrTimerSet cntlr: 结构体指针,核心层HDMI控制器;
config: timer配置信息
设置HDR相关的timer配置信息

开发步骤

HDMI模块适配的三个环节是配置属性文件,实例化驱动入口以及实例化HDMI控制器对象。

  • 实例化驱动入口:

    • 实例化HdfDriverEntry结构体成员。
    • 调用HDF_INIT将HdfDriverEntry实例化对象注册到HDF框架中。
  • 配置属性文件:

    • 在device_info.hcs文件中添加deviceNode描述。
    • 【可选】添加hdmi_config.hcs器件属性文件。
  • 实例化HDMI控制器对象:

    • 初始化HdmiCntlr成员。
    • 实例化HdmiCntlr成员HdmiCntlrOps方法集合。
  1. 实例化驱动入口

    驱动入口必须为HdfDriverEntry(在 hdf_device_desc.h 中定义)类型的全局变量,且moduleName要和device_info.hcs中保持一致。HDF框架会将所有加载的驱动的HdfDriverEntry对象首地址汇总,形成一个类似数组的段地址空间,方便上层调用。

    一般在加载驱动时HDF会先调用Bind函数,再调用Init函数加载该驱动。当Init调用异常时,HDF框架会调用Release释放驱动资源并退出。

    HDMI驱动入口参考:

    struct HdfDriverEntry g_hdmiDriverEntry = {
        .moduleVersion = 1,
        .Bind = HdmiAdapterBind,
        .Init = HdmiAdapterInit,
        .Release = HdmiAdapterRelease,
        .moduleName = "adapter_hdmi_driver",//【必要】与HCS里面的名字匹配
    };
    HDF_INIT(g_hdmiDriverEntry);            //调用HDF_INIT将驱动入口注册到HDF框架中
    
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  2. 配置属性文件

    完成驱动入口注册之后,下一步请在device_info.hcs文件中添加deviceNode信息,并在hdmi_config.hcs中配置器件属性。deviceNode信息与驱动入口注册相关,器件属性值对于厂商驱动的实现以及核心层HdmiCntlr相关成员的默认值或限制范围有密切关系。

    从第一个节点开始配置具体HDMI控制器信息,此节点并不表示某一路HDMI控制器,而是代表一个资源性质设备,用于描述一类HDMI控制器的信息。本例只有一个HDMI控制器,如有多个控制器,则需要在device_info文件增加deviceNode信息,以及在hdmi_config文件中增加对应的器件属性。

    • device_info.hcs 配置参考

      root {
          platform :: host {
               device_hdmi :: device {
                  device0 :: deviceNode {
                      policy = 2;         // 等于2,需要发布服务
                      priority = 20;      // 驱动启动优先级
                      permission = 0644;  // 驱动创建设备节点权限
                      serviceName = "HDF_PLATFORM_HDMI_0";       //【必要】驱动对外发布服务的名称,必须唯一
                      moduleName = "hdmi_driver";                //【必要】用于指定驱动名称,需要与期望的驱动Entry中的moduleName一致;
                      deviceMatchAttr = "adapter_hdmi_driver";   //【必要】用于配置控制器私有数据,要与hdmi_config.hcs中对应控制器保持一致
                  }                                              // 具体的控制器信息在 hdmi_config.hcs 中
               }
          }
      }
      
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    • hdmi_config.hcs 配置参考

       root {
           platform {
              hdmi_config {
                  template hdmi_controller {     // 模板公共参数,继承该模板的节点如果使用模板中的默认值,则节点字段可以缺省
                      match_attr = "";           //【必要】需要和device_info.hcs中的deviceMatchAttr值一致
                      index = 0;                 //【必要】hdmi控制器编号
                      regBasePhy = 0x10100000;   //【必要】寄存器物理基地址
                      regSize = 0xd1;            //【必要】寄存器位宽
                      irqNum = 100;              //【必要】中断号
                      maxTmdsClock = 300;
                      videoTiming = 10;
                      quantization = 1;
                      colorSpace = 0;
                      colorimetry = 0;
                      audioIfType = 0;
                      audioBitDepth = 1;
                      audioSampleRate = 2;
                      audioChannels = 1;
                      hdrColorimetry = 4;
                      hdrUserMode = 1;
                      cap = 0xd001e045;
                  }
                  controller_0x10100000 :: hdmi_controller {
                      match_attr = "adapter_hdmi_driver";
                      index = 0;
                      regBasePhy = 0x10100000;
                      irqNum = 100;
                      maxTmdsClock = 400;
                      defTmdsClock = 300;
                      maxFrlRate = 600;
                      videoTiming = 10;
                      quantization = 1;
                      colorSpace = 0;
                      colorimetry = 0;
                      audioIfType = 0;
                      audioSampleRate = 2;
                      audioChannels = 1;
                      hdrColorimetry = 4;
                      hdrUserMode = 1;
                      cap = 0xd001e045;
                  }
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  3. 实例化控制器对象

    最后一步,完成驱动入口注册之后,要以核心层HdmiCntlr对象的初始化为核心,包括厂商自定义结构体(传递参数和数据),实例化HdmiCntlr成员HdmiCntlrOps(让用户可以通过接口来调用驱动底层函数),实现HdfDriverEntry成员函数(Bind,Init,Release)。

    • 自定义结构体参考

      说明: 从驱动角度看,自定义结构体是参数和数据的载体。HDF会读取hdmi_config.hcs文件中的数值并通过DeviceResourceIface来初始化结构体成员,且其中一些重要数值(例如设备号、总线号等)也会被传递给核心层HdmiCntlr对象。

      struct HdmiAdapterHost {
          struct HdmiCntlr *cntlr;        //【必要】是核心层控制对象,具体描述如下
          volatile unsigned char *regBase;//【必要】寄存器基地址
          uint32_t regBasePhy;            //【必要】寄存器物理基地址
          uint32_t regSize;               //【必要】寄存器位宽
          uint32_t irqNum;                //【必要】中断号
      };
      
      /* HdmiCntlr是核心层控制器结构体,其中的成员在Init函数中被赋值 */
      struct HdmiCntlr {
          struct IDeviceIoService service;
          struct HdfDeviceObject *hdfDevObj;
          struct PlatformDevice device;
          struct OsalMutex mutex;
          struct PlatformQueue *msgQueue;
          struct HdmiCntlrCap cap;
          struct HdmiAttr attr;
          struct HdmiCntlrOps *ops;
          uint32_t deviceIndex;
          uint32_t state;                 // 控制器状态
          enum HdmiTmdsModeType tmdsMode;
          struct HdmiDevice *hdmi;
          struct HdmiInfoframe infoframe;
          struct HdmiScdc *scdc;
          struct HdmiDdc ddc;
          struct HdmiFrl *frl;
          struct HdmiHdcp *hdcp;
          struct HdmiCec *cec;
          struct HdmiEvent event;
          struct HdmiHdr *hdr;
          void *priv;
      };
      
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    • HdmiCntlr成员回调函数结构体HdmiCntlrOps的实例化

      static struct HdmiCntlrOps g_hdmiAdapterHostOps = {
          .hardWareInit = HdmiAdapterHardWareInit,
          .hardWareStatusGet = HdmiAdapterHardWareStatusGet,
          .controllerReset = HdmiAdapterControllerReset,
          .hotPlugStateGet = HdmiAdapterHotPlugStateGet,
          .hotPlugInterruptStateGet = HdmiAdapterHotPlugInterruptStateGet,
          .lowPowerSet = HdmiAdapterLowPowerSet,
          .tmdsModeSet = HdmiAdapterTmdsModeSet,
          .tmdsConfigSet = HdmiAdapterTmdsConfigSet,
          .infoframeEnable = HdmiAdapterInfoframeEnable,
          .infoframeSend = HdmiAdapterInfoframeSend,
          .infoframeDataSet = HdmiAdapterInfoframeDataSet,
          .cecMsgSend = HdmiAdapterCecMsgSend,
          .audioPathEnable = HdmiAdapterAudioPathEnable,
          .audioPathSet = HdmiAdapterAudioPathSet,
          .phyOutputEnable = HdmiAdapterPhyOutputEnable,
          .phyOutputSet = HdmiAdapterPhyOutputSet,
          .blackDataSet = HdmiAdapterBlackDataSet,
          .videoMuteEnable = HdmiAdapterVideoMuteEnable,
          .videoPathSet = HdmiAdapterVideoPathSet,
          .audioMuteEnable = HdmiAdapterAudioMuteEnable,
          .avmuteSet = HdmiAdapterAvmuteSet,
          .ddcTransfer = HdmiAdapterDdcTransfer,
          .scdcSourceScrambleGet = HdmiAdapterScdcSourceScrambleGet,
          .scdcSourceScrambleSet = HdmiAdapterScdcSourceScrambleSet,
          .frlSet = HdmiAdapterFrlSet,
          .frlEnable = HdmiAdapterFrlEnable,
          .audioNctsSet = HdmiAdapterAudioNctsSet,
          .frlTrainingConfigSet = HdmiAdapterFrlTrainingConfigSet,
          .frlTrainingStart = HdmiAdapterFrlTrainingStart,
          .frlGetTriningRslt = HdmiAdapterFrlGetTriningRslt,
          .hdcpRegInit = HdmiAdapterHdcpRegInit,
          .hdcpGenerateAksvAndAn = HdmiAdapterHdcpGenerateAksvAndAn,
          .hdcpOptReg = HdmiAdapterHdcpOptReg,
          .hdrTimerSet = HdmiAdapterHdrTimerSet,
      };
      
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    • Bind函数参考

      入参: HdfDeviceObject 是整个驱动对外呈现的接口参数,具备 HCS 配置文件的信息

      返回值: HDF_STATUS相关状态 (下表为部分展示,如需使用其他状态,可见//drivers/framework/include/utils/hdf_base.h中HDF_STATUS 定义)

      状态(值) 状态描述
      HDF_ERR_INVALID_OBJECT 控制器对象非法
      HDF_ERR_INVALID_PARAM 参数非法
      HDF_ERR_MALLOC_FAIL 内存分配失败
      HDF_ERR_IO I/O 错误
      HDF_SUCCESS 传输成功
      HDF_FAILURE 传输失败

      函数说明: 初始化自定义结构体对象HdmiAdapterHost,初始化HdmiCntlr成员,调用核心层HdmiCntlrAdd函数。

      HdmiCntlr,HdmiAdapterHost,HdfDeviceObject之间互相赋值,方便其他函数可以相互转化。

      static int32_t HdmiAdapterBind(struct HdfDeviceObject *obj)
      {
          struct HdmiCntlr *cntlr = NULL;
          struct HimciAdapterHost *host = NULL;
          int32_t ret;
          cntlr = (struct HdmiCntlr *)OsalMemCalloc(sizeof(struct HdmiCntlr));
          if (cntlr == NULL) {
              HDF_LOGE("%s: malloc cntlr failed!", __func__);
              return HDF_ERR_MALLOC_FAIL;
          }
          host = (struct HimciAdapterHost *)OsalMemCalloc(sizeof(struct HimciAdapterHost));
          if (host == NULL) {
              HDF_LOGE("%s: malloc host failed!", __func__);
              return HDF_ERR_MALLOC_FAIL;
          }
          cntlr->priv = (void *)host;      //【必要】将host存放至cntlr的私有数据
          cntlr->ops = &g_hdmiHostOps;     //【必要】HdmiCntlrOps的实例化对象的挂载
          cntlr->hdfDevObj = obj;          //【必要】使HdfDeviceObject与HdmiCntlr可以相互转化的前提
          obj->service = &cntlr->service;  //【必要】使HdfDeviceObject与HdmiCntlr可以相互转化的前提
          ret = HdmiAdapterCntlrParse(cntlr, obj); //【必要】 初始化 cntlr. 失败则 goto __ERR;
          ... 
          ret = HdmiAdapterHostParse(host, obj);   //【必要】 初始化 host对象的相关属性,失败则 goto __ERR;
          ...
          ret = HdmiAdapterHostInit(host, cntlr);  //厂商自定义的初始化,失败则 goto __ERR;
          ...
          ret = HdmiCntlrAdd(cntlr);               //调用核心层函数 失败则 goto __ERR;
          ...
          HDF_LOGD("HdmiAdapterBind: success.");
          return HDF_SUCCESS;
      __ERR:
          HdmiAdapterDeleteHost(host);
          HDF_LOGD("HdmiAdapterBind: fail, err = %d.", ret);
          return ret;
      }
      
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    • Init函数参考

      入参: HdfDeviceObject 是整个驱动对外暴露的接口参数,具备 HCS 配置文件的信息

      返回值: HDF_STATUS相关状态

      函数说明

      实现HdmiAdapterInit函数。

      static int32_t HdmiAdapterInit(struct HdfDeviceObject *obj)
      {
          return HDF_SUCCESS;
      }
      
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    • Release 函数参考

      入参: HdfDeviceObject 是整个驱动对外暴露的接口参数,具备 HCS 配置文件的信息

      返回值:

      函数说明: 释放内存和删除控制器,该函数需要在驱动入口结构体中赋值给 Release 接口, 当HDF框架调用Init函数初始化驱动失败时,可以调用 Release 释放驱动资源。

      static void HdmiAdapterRelease(struct HdfDeviceObject *obj)
      {
          struct HdmiCntlr *cntlr = NULL;
          ...
          cntlr = (struct HdmiCntlr *)obj->service;//这里有HdfDeviceObject到HdmiCntlr的强制转化,通过service成员,赋值见Bind函数
          ...
          HimciDeleteHost((struct HimciAdapterHost *)cntlr->priv);//厂商自定义的内存释放函数,这里有HdmiCntlr到HimciAdapterHost的强制转化
      }
      
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      说明: 所有强制转换获取相应对象的操作前提是在Init函数中具备对应赋值的操作。