了解DRM架構(gòu)的形成、功能流程實(shí)現(xiàn)

1、 DRM簡介（Direct Rendering Manager）

傳統(tǒng)linux顯示設(shè)備驅(qū)動開發(fā)時，通常使用FB驅(qū)動架構(gòu)，隨著顯卡性能升級：顯示覆蓋（菜單層級）、GPU加速、硬件光標(biāo)，傳統(tǒng)FB架構(gòu)無法很好支持，此外，對于多應(yīng)用的訪問沖突也無法很好控制。在這樣的背景下，DRM應(yīng)用而生。

DRM是linux內(nèi)核中負(fù)責(zé)與顯卡交互的管理架構(gòu)，用戶空間很方便的利用DRM提供的API，實(shí)現(xiàn)3D渲染、視頻解碼和GPU計算等工作。

1.1 DRM發(fā)展歷史

1999年，Precision Insight公司首次為 XFree86 4.0 Server 開發(fā) DRI 顯示框架，用于更好的適配 3DFX 公司顯卡，初版DRM代碼產(chǎn)出后，接下來的幾年時間里，DRM 所支持的顯卡列表不斷被擴(kuò)充。

2008年10月，Linux kernel 2.6.27 進(jìn)行了一次重大的源碼重組：DRM 的整套源碼被放到了/drivers/gpu/drm/目錄下，不同的GPU廠商代碼也被放到了各自子目錄下。

2014年6月，Atomic API 被添加到Linux 3.16，許多驅(qū)動也都轉(zhuǎn)而使用這些新的 API。

2018年，又有10個基于 atomic 框架的 DRM 新增驅(qū)動被添加到Linux kernel。

1.2 DRM架構(gòu)對比FB架構(gòu)優(yōu)勢

DRM是目前Linux的主流圖形顯示框架，相比于傳統(tǒng)FB架構(gòu)，DRM允許多個程序同時使用視頻硬件資源，管理多個程序的資源請求、訪問，綜上所述DRM更能適應(yīng)日益更新的顯示硬件，DRM優(yōu)勢主要體現(xiàn)：

DRM原生支持多圖層合成，F(xiàn)B原生不支持多層合成。

FB不支持VSYNC、DMA-BUF、異步更新和fence機(jī)制，但DRM原生都支持。

DRM統(tǒng)一管理GPU和Display驅(qū)動，讓軟件升級、維護(hù)和管理更加方便。

1.3 DRM圖形顯示框架

DRM檢測到的每個GPU都作為DRM設(shè)備，并為之創(chuàng)建一個設(shè)備文件/dev/dri/cardX與之連接，從整體架構(gòu)上來看主要分為3個主要部分：

libdrm （接口庫）

對底層接口進(jìn)行封裝，向上層提供通用的API接口，主要是對各種IOCTL接口進(jìn)行封裝，便于重用與代碼共享。

KMS (Kernel Mode Setting)

正常工作時，需要設(shè)置顯卡或者圖形適配器的模式，主要體現(xiàn)在以下兩個方面：

更新畫面：顯示buffer的切換，多圖層的合成方式控制，以及每個圖層的顯示位置。

設(shè)置顯示參數(shù)：包括分辨率、刷新率、電源狀態(tài)（休眠喚醒）等。

GEM (Graphics Execution Manager)

提供內(nèi)存管理方法，主要負(fù)責(zé)顯示buffer的分配和釋放。

圖1.1 DRM圖形顯示框架總覽

1.4 DRM圖形顯示框架涉及元素

本章節(jié)介紹DRM框架中的一些重點(diǎn)模塊的功能與在顯示鏈路中的作用，下圖為APP調(diào)用DRM到屏幕顯示的流程框圖。

圖1.2 DRM圖形顯示框架框圖

下表對DRM中KMS和GEM兩個模型的不同組件進(jìn)行概述性說明，輔以高通平臺代碼層級的對應(yīng)關(guān)系說明，以加深架構(gòu)與流程之間的對應(yīng)聯(lián)系。

2 、DRM驅(qū)動框架

2.1 DRM驅(qū)動對象介紹

DRM內(nèi)部的Objects是組成DRM框架的核心，下圖中藍(lán)色部分為物理硬件的抽象，棕色部分則為軟件的抽象，其中GEM結(jié)構(gòu)體為：drm_gem_object，其余部分位于結(jié)構(gòu)體drm_mode_object中.

PS：drm_panel不屬于object范疇，只是為了降低LCD驅(qū)動與encoder驅(qū)動間的耦合，是一堆回調(diào)函數(shù)集合。

圖2.1 DRM核心組件介紹

2.2 DRM抽象硬件如何關(guān)聯(lián)DRM Object

DRM的objects并不難理解，重要的是如何將實(shí)際的硬件與這些object進(jìn)行關(guān)聯(lián)，下面會以MIPI DSI接口為例進(jìn)行介紹軟件架構(gòu)與DRM object的對應(yīng)關(guān)系。

圖2.2 典型MIPI DSI接口硬件連接圖

圖2.3 硬件與DRM Objects對應(yīng)圖

其中組件說明：

3 、DRM簡單示例

DRM代碼非常龐大，顯卡邏輯也非常復(fù)雜，在學(xué)習(xí)DRM架構(gòu)時，需要通過實(shí)踐對DRM的流程進(jìn)行理解，以達(dá)到事半功倍的效果。

下面會以模式設(shè)置案例，對DRM架構(gòu)的流程進(jìn)行解析。modeset主要流程如下：

圖3.1 DRM Modeset流程總覽

3.1 打開DRM設(shè)備文件

DRM框架成功加載后，會創(chuàng)建一個設(shè)備文件/dev/dri/card0，上層用戶應(yīng)用可以通過該文件節(jié)點(diǎn)，獲取顯卡的各種操作。

3.2 獲取顯卡資源句柄

打開DRM設(shè)備文件后，通過以下函數(shù)獲取顯卡的資源句柄，進(jìn)而進(jìn)行顯卡資源的操作。

3.3 獲取connectorId

獲取了drmModeRes后，獲取它的連接對象。

3.4 創(chuàng)建FrameBuffer

創(chuàng)建FrameBuffer后，然后映射一片內(nèi)存，對這塊內(nèi)存進(jìn)行像素數(shù)據(jù)填充。

3.5 設(shè)置Crtc模式

FB創(chuàng)建成功并進(jìn)行清0操作，可以在里面填充任何數(shù)據(jù)，然后設(shè)置CRTC后，F(xiàn)B的內(nèi)容就可以顯示在屏幕。

CRTC模式設(shè)置函數(shù)：drmModeSetCrtc()，參數(shù)為：fd、crtc句柄、FB句柄、XY坐標(biāo)等。

3.6 資源清理工作（非必需）

顯示完成后，GUI會一直運(yùn)行，一般不必實(shí)施資源清理工作。

本章小結(jié)

本文介紹了DRM架構(gòu)的發(fā)展歷史、驅(qū)動框架以及簡單示例，旨在幫助讀者了解DRM架構(gòu)的形成、功能流程實(shí)現(xiàn)，DRM代碼龐大且復(fù)雜，想要深入理解它的內(nèi)涵，最好的辦法就是根據(jù)實(shí)際需求來進(jìn)行代碼流程梳理，后續(xù)章節(jié)也會對該部分進(jìn)行展開講解。

此外，DRM架構(gòu)符合功能日益強(qiáng)大的現(xiàn)代顯示設(shè)備，但仍有很多老的設(shè)備以及軟件需要FB支持，在目前DRM框架中，會存在模擬FB設(shè)備的代碼。

審核編輯：郭婷