1、 DRM简介(Direct Rendering Manager)
传统linux显示设备驱动开发时,通常使用FB驱动架构,随着显卡性能升级:显示覆盖(菜单层级)、GPU加速、硬件光标,传统FB架构无法很好支持,此外,对于多应用的访问冲突也无法很好控制。在这样的背景下,DRM应用而生。
DRM是linux内核中负责与显卡交互的管理架构,用户空间很方便的利用DRM提供的API,实现3D渲染、视频解码和GPU计算等工作。
1.1 DRM发展历史
1999年,Precision Insight公司首次为 XFree86 4.0 Server 开发 DRI 显示框架,用于更好的适配 3DFX 公司显卡,初版DRM代码产出后,接下来的几年时间里,DRM 所支持的显卡列表不断被扩充。
2008年10月,Linux kernel 2.6.27 进行了一次重大的源码重组:DRM 的整套源码被放到了/drivers/gpu/drm/目录下,不同的GPU厂商代码也被放到了各自子目录下。
2014年6月,Atomic API 被添加到Linux 3.16,许多驱动也都转而使用这些新的 API。
2018年,又有10个基于 atomic 框架的 DRM 新增驱动被添加到Linux kernel。
1.2 DRM架构对比FB架构优势
DRM是目前Linux的主流图形显示框架,相比于传统FB架构,DRM允许多个程序同时使用视频硬件资源,管理多个程序的资源请求、访问,综上所述DRM更能适应日益更新的显示硬件,DRM优势主要体现:
DRM原生支持多图层合成,FB原生不支持多层合成。
FB不支持VSYNC、DMA-BUF、异步更新和fence机制,但DRM原生都支持。
DRM统一管理GPU和Display驱动,让软件升级、维护和管理更加方便。
1.3 DRM图形显示框架
DRM检测到的每个GPU都作为DRM设备,并为之创建一个设备文件/dev/dri/cardX与之连接,从整体架构上来看主要分为3个主要部分:
libdrm (接口库)
对底层接口进行封装,向上层提供通用的API接口,主要是对各种IOCTL接口进行封装,便于重用与代码共享。
KMS (Kernel Mode Setting)
正常工作时,需要设置显卡或者图形适配器的模式,主要体现在以下两个方面:
更新画面:显示buffer的切换,多图层的合成方式控制,以及每个图层的显示位置。
设置显示参数:包括分辨率、刷新率、电源状态(休眠唤醒)等。
GEM (Graphics Execution Manager)
提供内存管理方法,主要负责显示buffer的分配和释放。
图1.1 DRM图形显示框架总览
1.4 DRM图形显示框架涉及元素
本章节介绍DRM框架中的一些重点模块的功能与在显示链路中的作用,下图为APP调用DRM到屏幕显示的流程框图。
图1.2 DRM图形显示框架框图
下表对DRM中KMS和GEM两个模型的不同组件进行概述性说明,辅以高通平台代码层级的对应关系说明,以加深架构与流程之间的对应联系。
2 、DRM驱动框架
2.1 DRM驱动对象介绍
DRM内部的Objects是组成DRM框架的核心,下图中蓝色部分为物理硬件的抽象,棕色部分则为软件的抽象,其中GEM结构体为:drm_gem_object,其余部分位于结构体drm_mode_object中.
PS:drm_panel不属于object范畴,只是为了降低LCD驱动与encoder驱动间的耦合,是一堆回调函数集合。
图2.1 DRM核心组件介绍
2.2 DRM抽象硬件如何关联DRM Object
DRM的objects并不难理解,重要的是如何将实际的硬件与这些object进行关联,下面会以MIPI DSI接口为例进行介绍软件架构与DRM object的对应关系。
图2.2 典型MIPI DSI接口硬件连接图
图2.3 硬件与DRM Objects对应图
其中组件说明:
3 、DRM简单示例
DRM代码非常庞大,显卡逻辑也非常复杂,在学习DRM架构时,需要通过实践对DRM的流程进行理解,以达到事半功倍的效果。
下面会以模式设置案例,对DRM架构的流程进行解析。modeset主要流程如下:
图3.1 DRM Modeset流程总览
3.1 打开DRM设备文件
DRM框架成功加载后,会创建一个设备文件/dev/dri/card0,上层用户应用可以通过该文件节点,获取显卡的各种操作。
3.2 获取显卡资源句柄
打开DRM设备文件后,通过以下函数获取显卡的资源句柄,进而进行显卡资源的操作。
3.3 获取connectorId
获取了drmModeRes后,获取它的连接对象。
3.4 创建FrameBuffer
创建FrameBuffer后,然后映射一片内存,对这块内存进行像素数据填充。
3.5 设置Crtc模式
FB创建成功并进行清0操作,可以在里面填充任何数据,然后设置CRTC后,FB的内容就可以显示在屏幕。
CRTC模式设置函数:drmModeSetCrtc(),参数为:fd、crtc句柄、FB句柄、XY坐标等。
3.6 资源清理工作(非必需)
显示完成后,GUI会一直运行,一般不必实施资源清理工作。
本章小结
本文介绍了DRM架构的发展历史、驱动框架以及简单示例,旨在帮助读者了解DRM架构的形成、功能流程实现,DRM代码庞大且复杂,想要深入理解它的内涵,最好的办法就是根据实际需求来进行代码流程梳理,后续章节也会对该部分进行展开讲解。
此外,DRM架构符合功能日益强大的现代显示设备,但仍有很多老的设备以及软件需要FB支持,在目前DRM框架中,会存在模拟FB设备的代码。
审核编辑:郭婷
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原文标题:DRM架构介绍(一)
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