linux drm 架构及linux drm 架构 之代码分析

转自: 

http://manpages.ubuntu.com/manpages/utopic/man7/drm-kms.7.html

 

根据自己的理解来转述一下：

 

摘要:

DRM 是linux 下的图形渲染架构(Direct Render Manager) , 　具体的说是显卡驱动的一种架构（驱动如何玩？　把功能封装成 open/close/ioctl 等标准接口，应用程序调用这些接口来驱动设备）。

作为显卡，最基本的功能就是把用户的绘图输出到显示屏上，DRM 如何去实现呢，先看看DRM 把“这件事”给你概括的几个基本要素：

画布(FrameBuffer) ,  绘图现场(CRTC) , 输出转换器(Encoder) ,  连接器(Connector)  ,  然后就到显示屏了

 

1  画布( FrameBuffer )

对计算机来说，FrameBuffer 就是一块驱动和应用层都能访问的内存，当然画图之前要有一定的格式化，比方说我可以规定什么样的色彩模式(RGB24 , I420 , YUUV 等等），　分辨率是多大，还有啥参数，那就要到绘图现场去看了 :p

2  绘图现场(CRTC)  

简写翻译过来是阴级摄像管上下文，在DRM 里 CRTC 就表示显示输出的上下文了，首先 CRTC 内指一个 FrameBuffer 地址，　外连一个Encoder。　它们俩之间如何沟通？　这就是显示模式（ModeSet）要做的事情，ModeSet 包括了像前面提到的色彩模式　，　还有说显示的时序（timings , ModeLines 等都代表了这个意西）等，　通常时序可以按以下来表达　

PCLK HFP HBP HSW X_RES VFP VBP VSW Y_RES

像素时钟 水平前回扫 水平后回扫 水平同步头 水平有效长度 垂直前回扫 垂直后回扫 垂直同步头 垂直有效长度

 

一个CRTC 可以连接多个 Encoder ，　干啥用，实现复制屏幕功能。

 

3  输出转换器（Encoder ）

想想 CRT 这种土疙瘩就够复杂了，我们的显卡很牛奔的可以连接各种不同的设备，显然输出需要不同的信号转换器，将内存的像素转换成显示器需要的信号(DVID , VGA , YPbPr , CVBS 等等……）

 

4 连接器 (Connector )

不是指物理线，回到DRM 这是一个抽象的数据结构 ，代表连接的显示设备，从这里我们可以得到设备的EDID , DPMS 连接状态等.

 

5 显示面(Planner) 

咦，怎么多出来一个。我也很呐闷，以上的东东不够地干活？　其实很多创新往往源于人对现实界的不满足。你又要看文字学习，又要看电影打游戏，　还有厉害的可以一边聊天一边看电影。　这里对立出来两个概念，像文字交互这种小范围更新的Graphics 模式，和全幅更新速度奇快的 Video 模式，这两种模式将显卡的使用拉上了两个极端。

于是 Planner 的概念就发挥了很好的作用，它给视频刷新提供了一条绿色通道，偶不和图形搞在一起了，偶是一个新的图层(或overlay)，可以叠加在Graphic之上或之下，偶还可以缩放…

文档上说 Planner 也在 FrameBuffer 上，这个没关系，这里我们看出来 CRTC 里要显示的东东应该是一种组合(blending)了。　

 

 

看懂了概念，下一篇来分析具体的数据结构和接口。

 

 

参考文档:

http://manpages.ubuntu.com/manpages/utopic/man7/drm-kms.7.html

http://events.linuxfoundation.org/sites/events/files/lcjpcojp13_pinchart.pdf

http://landley.net/kdocs/htmldocs/drm.html

http://events.linuxfoundation.org/sites/events/files/slides/brezillon-drm-kms.pdf

http://elinux.org/images/7/71/Elce11_dae.pdf

一 上一篇介绍了 linux 的显示驱动drm 的架构，在这里按一定顺序回顾一下:

１ 我把显示器连到显卡的DVI输出口， 这个连接抽象成 Connector

 2    在 DVI 的 Connector 上驱动会分配 DVI 信号的 Encoder ,  如果没分配， connector 资源上会找到 所有可用的 encoders

 3    encoder 是为图像扫描现场 crtc 服务的， 驱动可能会给encoder 分配crtc , 或者从 encoder 的 possible_crtc 上能找到可用的

 4    crtc 扫描现场要配置显示图像的物理内存区 fb

 5    fb -> crtc -> encoder - > connector 这种关系绑定之后，绘图工作已经开始， 你可以在fb 上任意写画，然后立马得到显示！

６ 然而为了避免图像撕裂，可以建立多 fb (缓冲) 通过 pageFlip 操作来刷新画图。

７ 当然还有专为video 刷新用的plane , plane 也要绑定到 crtc  才能工作。

二 总结 + drm api 的使用:

api 使用参考 David Herrmann 的 drm-howto 以及 weston 还有 drm自带的 modetest 程序

drm api 核心配置就是要绑定一个 crtc 的关系 fb -> crtc -> encoder - > connector  

我们来看“一”的回顾，咋是按照逆向的顺序？哈哈其实这样才顺理成章， api 如何用，往下看:

1 首先要打开drm 驱动模块，然后获取所有的资源

fd = open("/dev/dri/card0", O_RDWR | O_CLOEXEC);

drmModeRes res = drmModeGetResources(fd);    

res 里有啥， res 里告诉了有几个connector , 几个 encoder , 几个 crtc 等以及他们的id ， 完全不成套！

2 从 connector 开始， 顺藤摸瓜

先获取 connecotr 的具体资源

drmModeConnector *  conn = drmModeGetConnector(fd, res->connectors[i]);

conn资源里重要的有两部分，一部分是通过线缆读出来显示器的 "modes " 如 1920x1080@60 等， 当然你要选一个最喜欢的

另一部分是encoder 按照一章节的2顺序开始找 encoder (看 drmModeConnector 的定义)  :p

3 给encoder 寻找合适的 crtc

按照一章节的 3 顺序找 crtc

4 为 crtc 创建fb

 drm 的例子 modetest 写的很详细,  ARGB  可以直接 drmModeAddFB , 多平面的fb 可以用 drmModeAddFB2

5 绑定

核心四元组 < fb , crtc , conn ,  mode >

  int drmModeSetCrtc(int fd, uint32_t crtcId, uint32_t bufferId,

               uint32_t x, uint32_t y, uint32_t *connectors, int count,

             drmModeModeInfoPtr mode);

6 pageFlip

  extern int drmModePageFlip(int fd, uint32_t crtc_id, uint32_t fb_id,
                 uint32_t flags, void *user_data);    

 这个的玩法得好好记下，

首先 poll (drm_fd ) 可以收到 drm 的 POLLIN  消息， 消息里面无非两种一种是 VBLANK , 一种是 pageFlip complete

其次 收到 消息后必须要 调用drmHandleEvent(drm_fd , &evctx); 来处理消息 ，记得必须把你的 pageFlip 处理函数填到evctx里，

pageFlip 处理函数里干啥呢， pageFlip 一帧结束了，当然要 pageFlip 下一帧！

     7 plane

plane 的玩法没搞明白，尝试了下，使用多缓冲 调 drmModeSetPlane 来换页可以实现视频的播放，但遇到两个问题：

其一是 SetPlane 的时机， 如何等待一个显示器的场同步？ 看了 vblank 的code 感觉 vblank 是针对一个显卡的同步，但我有多个显示器呢？

其二是SetPlane 的运行耗时，我的 i3 cpu 执行一次用了 22 ~ 23 ms , 莫名其妙。

本想着plane 的yuv 通道可以节省资源，有这两大问题在就没法办了， pageFlip 的 fb 只能跟显示器相同颜色空间，并且通常是 ARGB !!

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作者：walletiger
来源：CSDN
原文：https://blog.csdn.net/walletiger/article/details/46596399

linux ModeSetting学习

2014年04月13日 20:35:24 Libresoft 阅读数：3725 标签： linux kernel mode setting drm

1、数据及数据结构：

Connector：代表显卡上的插口，有几个Connector表示会有几个输出。

CRTC：crt controller，负责将帧缓存中的数据传送到Connector，数据在传送到Connector之前会经过Encoder。 帧缓存 --> CRTC --> Encoder --> Connector --> 显示器。

FrameBuffer：在这里帧缓存并不是指的显存上的某一块区域，而是Linux DRM抽象出来的一个概念，用fb_id表示。 

drm_mode_create_dumb：drmIoctl的参数，意思是请求内核创建缓存。 这个才是真正的内存块，可以使用mmap映射到程序虚拟内存中。Framebuffer的创建中必须指定一个缓存的id。

 

2、函数：

drmModeSetCrtc：最核心的函数之一，它负责将建立从帧缓存到Connector的关联。只有调用它，显示器才能显示缓存中的数据。

drmModePageFlip：直译就是翻页，笔者的理解是 drm_mode_create_dumb类型的缓存其实是双缓存，只有调用此函数之后，crtc才能将之前写入的数据传送给显示器。

 

3、代码：

找到处于连接状态的Connector

 

1. drmModeConnector* FindConnector(int fd)

2. {

3. drmModeRes *resources = drmModeGetResources(fd); //drmModeRes描述了计算机所有的显卡信息：connector，encoder，crtc，modes等。

4. if (!resources)

5. {

6. return NULL;

7. }

8.  

9. drmModeConnector* conn = NULL;

10. int i = 0;

11. for (i = 0; i < resources->count_connectors; i++)

12. {

13. conn = drmModeGetConnector(fd, resources->connectors[i]);

14. if (conn != NULL)

15. {

16. //找到处于连接状态的Connector。

17. if (conn->connection == DRM_MODE_CONNECTED && conn->count_modes > 0 && conn == NULL)

18. {

19. break;

20. }

21. else

22. {

23. drmModeFreeConnector(conn);

24. }

25. }

26. }

27.  

28. drmModeFreeResources(resources);

29. return conn;

30. }

 

 

查找与Connector匹配的Crtc

 

1. int FindCrtc(int fd, drmModeConnector *conn)

2. {

3. drmModeRes *resources = drmModeGetResources(fd);

4. if (!resources)

5. {

6. fprintf(stderr, "drmModeGetResources failed\n");

7. return -1;

8. }

9.  

10. unsigned int i, j;

11.  

12. for (i = 0; i < conn->count_encoders; ++i)

13. {

14. drmModeEncoder *enc = drmModeGetEncoder(fd, conn->encoders[i]);

15. if (NULL != enc)

16. {

17. for (j = 0; j < resources->count_crtcs; ++j)

18. {

19. // connector下连接若干encoder，每个encoder支持若干crtc，possible_crtcs的某一位为1代表相应次序（不是id哦）的crtc可用。

20. if ((enc->possible_crtcs & (1 << j)))

21. {

22. int id = resources->crtcs[j];

23. drmModeFreeEncoder(enc);

24. drmModeFreeResources(resources);

25. return id;

26. }

27. }

28.  

29. drmModeFreeEncoder(enc);

30. }

31. }

32.  

33. drmModeFreeResources(resources);

34. return -1;

35. }

 

 

 

绘制一张全色的图：

 

1. void SetColor(unsigned char *dest, int stride, int w, int h)

2. {

3. struct color {

4. unsigned r, g, b;

5. };

6.  

7. struct color ccs[] = {

8. { 255, 0, 0 },

9. { 0, 255, 0 },

10. { 0, 0, 255 },

11. { 255, 255, 0 },

12. { 0, 255, 255 },

13. { 255, 0, 255 }

14. };

15.  

16. static int i = 0;

17.  

18. unsigned int j, k, off;

19. unsigned int r = 255;

20. unsigned int g = 1;

21. unsigned int b = 1;

22.  

23. for (j = 0; j < h; ++j)

24. {

25. for (k = 0; k < w; ++k)

26. {

27. off = stride * j + k * 4;

28. *(uint32_t*)&(dest[off]) = (ccs[i].r << 16) | (ccs[i].g << 8) | ccs[i].b;

29. }

30. }

31.  

32. i++;

33.  

34. printf("draw picture\n");

35. }

 

 

主函数：

 

1. #define _FILE_OFFSET_BITS 64

2. #include

3. #include

4. #include

5. #include

6. #include

7. #include

8. #include

9. #include

10. #include

11. int main(int argc, char *argv[])

12. {

13. int ret, fd;

14. fd = open("/dev/dri/card0", O_RDWR | O_CLOEXEC | O_NONBLOCK);

15. if (fd < 0)

16. {

17. /* Probably permissions error */

18. fprintf(stderr, "couldn't open %s, skipping\n", "");

19. return -1;

20. }

21.  

22. drmSetMaster(fd);

23.  

24. drmModeConnectorPtr connector = FindConnector(fd);

25. int width = connector->modes[0].hdisplay;

26. int height = connector->modes[0].vdisplay;

27.  

28. printf("display is %d*%d.\n", width, height);

29.  

30. int crtcid = FindCrtc(fd, connector);

31.  

32. struct drm_mode_create_dumb creq;

33. memset(&creq, 0, sizeof(creq));

34.  

35. creq.width = width;

36. creq.height = height;

37. creq.bpp = 32;

38. creq.flags = 0;

39.  

40. ret = drmIoctl(fd, DRM_IOCTL_MODE_CREATE_DUMB, &creq);

41. if (ret)

42. {

43. printf("create dumb failed!\n");

44. }

45.  

46. uint32_t framebuffer = -1;

47. uint32_t stride = creq.pitch;

48.  

49. //使用缓存的handel创建一个FB，返回fb的id：framebuffer。

50. ret = drmModeAddFB(fd, width, height, 24, 32, creq.pitch, creq.handle, &framebuffer);

51.  

52. if (ret)

53. {

54. printf("failed to create fb\n");

55. return -1;

56. }

57.  
58.  

59. struct drm_mode_map_dumb mreq; //请求映射缓存到内存。

60. mreq.handle = creq.handle;

61.  

62. ret = drmIoctl(fd, DRM_IOCTL_MODE_MAP_DUMB, &mreq);

63. if (ret)

64. {

65. printf("map dumb failed!\n");

66. }

67.  

68. // 猜测：创建的缓存位于显存上，在使用之前先使用drm_mode_map_dumb将其映射到内存空间。

69. // 但是映射后缓存位于内核内存空间，还需要一次mmap才能被程序使用。

70. unsigned char* buf = mmap(0, creq.size, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, mreq.offset);

71. if (buf == MAP_FAILED)

72. {

73. printf("mmap failed!\n");

74. }

75.  

76. memset(buf, 255, creq.size);

77.  

78. //一切准备完毕，只差连接在一起了！

79. ret = drmModeSetCrtc(fd, crtcid, framebuffer, 0, 0, &connector->connector_id, 1, connector->modes);

80.  

81. if (ret)

82. {

83. fprintf(stderr, "failed to set mode: %m\n");

84. return -1;

85. }

86.  

87. int cc = 0;

88. while (cc < 5)

89. {

90. SetColor(buf, stride, width, height);

91. drmModePageFlip(fd, crtcid, framebuffer, DRM_MODE_PAGE_FLIP_EVENT, 0);

92. cc++;

93. sleep(2);

94. }

95.  

96. printf("over\n");

97. getchar();

98. close(fd);

99. exit(0);

100. return ret;

101. }