了解DRM架構的形成、功能流程實現(xiàn)

1、 DRM簡介（Direct Rendering Manager）

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

DRM是linux內核中負責與顯卡交互的管理架構，用戶空間很方便的利用DRM提供的API，實現(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代碼產出后，接下來的幾年時間里，DRM 所支持的顯卡列表不斷被擴充。

2008年10月，Linux kernel 2.6.27 進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，許多驅動也都轉而使用這些新的 API。

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

1.2 DRM架構對比FB架構優(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，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機制，但DRM原生都支持。

DRM統(tǒng)一管理GPU和Display驅動，讓軟件升級、維護和管理更加方便。

1.3 DRM圖形顯示框架

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

libdrm （接口庫）

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

KMS (Kernel Mode Setting)

正常工作時，需要設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)

提供內存管理方法，主要負責顯示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框架中的一些重點模塊的功能與在顯示鏈路中的作用，下圖為APP調用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行概述性說明，輔以高通平臺代碼層級的對應關系說明，以加深架構與流程之間的對應聯(lián)系。

2 、DRM驅動框架

2.1 DRM驅動對象介紹

DRM內部的Objects是組成DRM框架的核心，下圖中藍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結構體為：drm_gem_object，其余部分位于結構體drm_mode_object中.

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

圖2.1 DRM核心組件介紹

2.2 DRM抽象硬件如何關聯(lián)DRM Object

DRM的objects并不難理解，重要的是如何將實際的硬件與這些object進行關聯(lián)，下面會以MIPI DSI接口為例進行介紹軟件架構與DRM object的對應關系。

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，顯卡邏輯也非常復雜，在學習DRM架構時，需要通過實踐對DRM的流程進行理解，以達到事半功倍的效果。

下面會以模式設置案例，對DRM架構的流程進行解析。modeset主要流程如下：

圖3.1 DRM Modeset流程總覽

3.1 打開DRM設備文件

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

3.2 獲取顯卡資源句柄

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

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，然后映射一片內存，對這塊內存進行像素數(shù)據填充。

3.5 設置Crtc模式

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

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

3.6 資源清理工作（非必需）

顯示完成后，GUI會一直運行，一般不必實施資源清理工作。

本章小結

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

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

審核編輯：郭婷