2.KMD-9.LinuxKMS-2-《计算机知识》

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2025-11-02 22:35:02 系统网络来源：ZONE.CI 全球网 0 阅读模式

内容和参考
- 内容
- 参考
KMS输出原理
- 调试日志
- 输出框架
  - 图像输入
  - 数据输出
- Modeset对象抽象
  - 什么是对象
  - 对象的描述
  - 相关接口
- KMS的属性property
  - 什么是属性
  - 属性类型
  - 属性的描述
  - ">
  - 相关接口
  - 内核标准属性
- Atomic下得属性配置
  - 用户层接口
  - atomic设置模式
  - drm_atomic_state得分配
  - 内核层属性配置流程
  - prepare_signaling 和 complete_signaling
- KMS核心功能">KMS核心功能
  - fb_create
  - atomic提交操作

内容和参考

内容

前边学习的内容，有以下几个未解决：

在学习 DRM应用程序进阶-何小龙的时候，提到了property属性，这个是怎么使用的？
libdrm中讲述了 connector, encoder, crtc,plane, framebuffer 在之前都没有提到过？
modetest打印硬件资源时，这些资源从哪来的？-a的atomic参数是干什么的？

本文的目的是先扫盲，大概了解下KMS的相关作用以及使用，比较生疏难懂，也是在不停学习中整理和更新，每一遍都学到一些新的知识。

在 DRM的初始化 中描述了，drm驱动在初始化时，除了调用 drm_dev_alloc + drm_dev_register，还需要初始化mode_config配置：

include/uapi/drm/drm_mode.h    // 用户空间接口
include/drm/drm_mode_config.h
include/drm/drm_mode_object.h
drivers/gpu/drm/drm_mode_config.c
drivers/gpu/drm/drm_mode_object.c
drivers/gpu/drm/drm_property.c

DRM的初始化： 在前边描述了一个最简单的drm驱动，但实际上啥也干不了，真实使用并不仅仅是调用了 drm_dev_alloc + drm_dev_register 就可以完成一个显卡驱动的；比如之前学习libdrm中的 connector,encoder, crtc, framebuffer, plane等都没有提到过；

在 Linux DRM Internals 中描述了，必须初始化 struct drm_mode_config 的下列字段：

int min_width, min_height; int max_width, max_height; Minimum and maximum width and height of the frame buffers in pixel units.
[struct drm_mode_config_funcs](https://www.kernel.org/doc/html/v5.12/gpu/drm-kms.html#c.drm_mode_config_funcs) *funcs; Mode setting functions.

参考： linux-5.8/drivers/gpu/drm/arm/malidp_drv.c 中 malidp_bind，显卡驱动中都做了哪些事

    drm_mode_config_init(drm);
    drm->mode_config.min_width = hwdev->min_line_size;
    drm->mode_config.min_height = hwdev->min_line_size;
    drm->mode_config.max_width = hwdev->max_line_size;
    drm->mode_config.max_height = hwdev->max_line_size;
    drm->mode_config.funcs = &malidp_mode_config_funcs;
    drm->mode_config.helper_private = &malidp_mode_config_helpers;
    drm->mode_config.allow_fb_modifiers = true;

所以本节内容主要是：理清楚drm的Property

参考

Atomic mode setting design overview, part 1 和 2 # 建议先看这个，
何小龙-DRM 驱动程序开发（VKMS）和 DRM应用程序进阶Property、atomic-crtc、atomic-plane
蜗窝Linux graphic subsytem-1 和蜗窝Linux graphic subsytem-2
Linux GPU Driver Developer’s Guide: Linux DRM Internals-kms （主要参考来源）
Update for Atomic Display Updates

KMS输出原理

调试日志

在调试kms的配置时候，为了看跟多信息，需要打开debug级别echo 0x1ff > /sys/module/drm/parameters/debug # 打开调试信息echo 0x0f > /sys/module/drm/parameters/debug # 关闭部分调试信息

/*
 * __drm_debug: Enable debug output.
 * Bitmask of DRM_UT_x. See include/drm/drm_print.h for details.
 */
unsigned int __drm_debug;
EXPORT_SYMBOL(__drm_debug);
MODULE_PARM_DESC(debug, "Enable debug output, where each bit enables a debug category.\n"
"\t\tBit 0 (0x01)  will enable CORE messages (drm core code)\n"
"\t\tBit 1 (0x02)  will enable DRIVER messages (drm controller code)\n"
"\t\tBit 2 (0x04)  will enable KMS messages (modesetting code)\n"
"\t\tBit 3 (0x08)  will enable PRIME messages (prime code)\n"
"\t\tBit 4 (0x10)  will enable ATOMIC messages (atomic code)\n"  // DRM_DEBUG_ATOMIC
"\t\tBit 5 (0x20)  will enable VBL messages (vblank code)\n"
"\t\tBit 6 (0x40)  Used for verbose atomic state debugging.\n"   // 使用后打开状态更新
"\t\tBit 7 (0x80)  will enable LEASE messages (leasing code)\n"
"\t\tBit 8 (0x100) will enable DP messages (displayport code)");
module_param_named(debug, __drm_debug, int, 0600);

输出框架

图像输入

KMS呈现给用户空间的基本对象结构比较简单：

GPU/用户软件将渲染完的图片放到drm_framebuffer中
Framebuffers 将图片feed into planes 中
每个plane(struct drm_plane); plane将Framebuffer给的图片 pixel data 填充到CRTC 来混合 blending

数据输出

数据输出路由的第一步是 encoder(struct drm_encoder); KMS驱动程序的 helper libraries 组件；

用来封装connector，使得用户不需要关心crtc与connector的链接；用户直接查找crtc和encoder的关系即可； 一个crtc需要接1-多个encoder；
显示链中的最后一个真正的端点是connector(struct drm_connector);

connector可以有不同的encoders，但是内核驱动程序为每个connector选择要使用的encoder 。

Modeset对象抽象

在学习kms前需要先熟悉下对象和属性，因为kms中每一个参数都是一个个属性组成的，对这部分不熟悉后期看起来比较吃力，因此先学习下。

什么是对象

看了基础代码，我们知道 drm_device->mode_config.object_idr 中挂了当前drm的所有object，在驱动中通过 __drm_mode_object_find 函数来查找我们需要的object，但drm中的object是什么？驱动中通过 drm_mode_object_add 函数创建并给当前drm_device—>mode_config中添加一个对象，根据对象的类型，可以看到 内核中将 CRTC,CONNECTOR, FRAMEBUFFER， Encoder， Plane 都抽象了一个描述：object。

#define DRM_MODE_OBJECT_CRTC 0xcccccccc
#define DRM_MODE_OBJECT_CONNECTOR 0xc0c0c0c0
#define DRM_MODE_OBJECT_ENCODER 0xe0e0e0e0
#define DRM_MODE_OBJECT_FB 0xfbfbfbfb
#define DRM_MODE_OBJECT_PLANE 0xeeeeeeee
#define DRM_MODE_OBJECT_MODE 0xdededede
#define DRM_MODE_OBJECT_PROPERTY 0xb0b0b0b0   // 每个属性，自己内部也会分配一个object
#define DRM_MODE_OBJECT_BLOB 0xbbbbbbbb
#define DRM_MODE_OBJECT_ANY 0

在创建plane的时候：

drm_universal_plane_init
    drm_mode_object_add(dev, &plane->base, DRM_MODE_OBJECT_PLANE);
        idr_alloc(&dev->mode_config.object_idr, register_obj ? obj......

在创建crtc的时候

drm_crtc_init_with_planes
    drm_mode_object_add(dev, &crtc->base, DRM_MODE_OBJECT_CRTC);

……

inno@inno-MS-7B89:linux-git$ git grep -n "drm_mode_object_add"
drivers/gpu/drm/drm_connector.c:231:    ret = __drm_mode_object_add(dev, &connector->base,DRM_MODE_OBJECT_CONNECTOR...
drivers/gpu/drm/drm_crtc.c:280: ret = drm_mode_object_add(dev, &crtc->base, DRM_MODE_OBJECT_CRTC);
drivers/gpu/drm/drm_crtc_internal.h:140:int __drm_mode_object_add(struct drm_device *dev, struct drm_mode_object *obj,
drivers/gpu/drm/drm_crtc_internal.h:143:int drm_mode_object_add(struct drm_device *dev, struct drm_mode_object *obj,
drivers/gpu/drm/drm_encoder.c:120:      ret = drm_mode_object_add(dev, &encoder->base, DRM_MODE_OBJECT_ENCODER);
drivers/gpu/drm/drm_framebuffer.c:858:  ret = __drm_mode_object_add(dev, &fb->base, DRM_MODE_OBJECT_FB,
drivers/gpu/drm/drm_mode_object.c:39:int __drm_mode_object_add(struct drm_device *dev, struct drm_mode_object *obj,
drivers/gpu/drm/drm_mode_object.c:68: * drm_mode_object_add - allocate a new modeset identifier
drivers/gpu/drm/drm_mode_object.c:79:int drm_mode_object_add(struct drm_device *dev,
drivers/gpu/drm/drm_mode_object.c:82:   return __drm_mode_object_add(dev, obj, obj_type, true, NULL);
drivers/gpu/drm/drm_plane.c:193:        ret = drm_mode_object_add(dev, &plane->base, DRM_MODE_OBJECT_PLANE);
drivers/gpu/drm/drm_property.c:122:     ret = drm_mode_object_add(dev, &property->base, DRM_MODE_OBJECT_PROPERTY);
drivers/gpu/drm/drm_property.c:581:     ret = __drm_mode_object_add(dev, &blob->base, DRM_MODE_OBJECT_BLOB,

对象的描述

KMS object的描述句柄是drm_mode_object;
属性的描述句柄是 drm_property;
但这里 drm_property 属性不依赖与object对象，是一个独立的描述；
但可以通过 drm_object_attach_property() 附加到不同的kms obejct上(drm_mode_object)

id：这个不用说就是 drm_device->mode_config.object_idr 中挂的ID索引。
type：这里只考虑crtc，connector，encoder，fb，plane，在我们初始化这五大模块时会分配相应的类型。
properities：这个字段有些意思，包含了有效属性的个数：count，属性的指针，属性的值。
refcount和free_cb 当然就是 drm_mode_object_get() 和 [drm_mode_object_put()](https://www.kernel.org/doc/html/v5.12/gpu/drm-kms.html#c.drm_mode_object_put) 用来获取引用计数，是否对象的函数，但好像大部分都使用 drm_mode_object_add 接口注册，所以并未使用这两个计数来自动清理，由驱动自己来管理和删除。<br />

所以说 一个属性可以挂在多个object上，且值不会出现同步问题，因为值绑定在了object域里，而不是放在了属性域里边。

drm_mode_object 有以下几个功能：

内核通过 drm_mode_object_find()来查找获取KMS object对象当前结构；
在初始化时，通过drm_object_attach_property() 链接(attached)了属性和值，
由drm_crtc, drm_plane and drm_connector 等使用
支持引用计数，可通过 drm_mode_object_get() 和 drm_mode_object_put() 注：前提要自己实现free_cb接口
[drm_object_property_set_value()](https://www.kernel.org/doc/html/v5.12/gpu/drm-kms.html#c.drm_object_property_set_value) 和 [drm_object_property_get_value()](https://www.kernel.org/doc/html/v5.12/gpu/drm-kms.html#c.drm_object_property_get_value) 来设置和获取自己的属性值<br />

KMS的属性property

参考： DRM应用程序进阶-何小龙和 Linux DRM Internals-kms

采用property机制的好处是：

减少上层应用接口的维护工作量。当开发者有新的功能需要添加时，无需增加新的函数名和IOCTL，只需在底层驱动中新增一个property，然后在自己的应用程序中获取/操作该property的值即可。增强了参数设置的灵活性。一次IOCTL可以同时设置多个property，减少了user space与kernel space切换的次数，同时最大限度的满足了不同硬件对于参数设置的要求，提高了软件效率。

什么是属性

KMS的属性，其实就是一个参数的描述，我们在描述一个参数的时候，至少包含了以下信息：参数名称、参数的类型（整型，枚举，bool等），参数的值域（我们给参数赋值必须在这个值域范围内）

属性类型

参考： DRM应用程序进阶-何小龙

/* Property flags and type 支持以下几种类型的属性
* ！！！这个主要是描述 属性对应值得类型
* DRM_MODE_PROP_RANGE            // drm_property_create_range() 创建，unsigned类型，限制值得最大值和最小值
* DRM_MODE_PROP_SIGNED_RANGE    // drm_property_create_signed_range() 创建，同上，不过是signed类型
* DRM_MODE_PROP_ENUM            // drm_property_create_enum() 创建，枚举类型
* DRM_MODE_PROP_BITMASK            // drm_property_create_bitmask() 创建，bitmap类型（其实也是一种枚举类型)
* // 以下几个属性是难点
* DRM_MODE_PROB_OBJECT            // drm_property_create_object() 创建，数据为  drm_mode_object ID 的索引
* DRM_MODE_PROP_BLOB            // drm_property_create() 创建，自定义长度的内存块, 后续详细描述
// 在DRM的property type中，还有2种特殊的type，它们分别是 IMMUTABLE TYPE 和 ATOMIC TYPE。
// 这两种type的特殊性在于，它们可以和上面任意一种property进行组合使用，用来修饰上面的property。
* DRM_MODE_PROP_ATOMIC            // 表示该property只有在drm应用程序（drm client）支持ATOMIC操作时才可见。
* DRM_MODE_PROP_IMMUTABLE        // 表示该property为只读，应用程序无法修改它的值，如"IN_FORMATS"。
*/

属性的描述

base : 每个drm驱动在创建属性的时候，也会分配一个 DRM_MODE_OBJECT_PROPERTY 的对象，放在drm_mode_config中。
head：将所有属性挂在 drm_mode_config.property_list 上。
flags: 就是属性的类型
name：创建的属性名称

values：每种属性类型的value不一样

DRM_MODE_PROP_RANGE 和 DRM_MODE_PROP_SIGNED_RANGE
  property->values[0] = min;
  property->values[1] = max;
DRM_MODE_PROP_OBJECT
  property->values[0] = type;  type为： DRM_MODE_OBJECT_CRTC， DRM_MODE_OBJECT_CONNECTOR ......之一
DRM_MODE_PROP_ENUM 和 DRM_MODE_PROP_BITMASK
  property->value  是一个数组， 存放  struct drm_prop_enum_list 中提供的type

dev: 当前的drm_device

枚举类型和bitmap类型drm_property_create_enum 函数，会先去创建一个枚举类型的property，然后去根据用户提供的property表：struct drm_prop_enum_list 去分配空间并赋值。参考 drm_mode_create_standard_properties：

// 1. 先初始化一个属性描述数组
static const struct drm_prop_enum_list drm_plane_type_enum_list[] = {
    { DRM_PLANE_TYPE_OVERLAY, "Overlay" },
    { DRM_PLANE_TYPE_PRIMARY, "Primary" },
    { DRM_PLANE_TYPE_CURSOR, "Cursor" },
};
drm_property_create_enum(dev, DRM_MODE_PROP_IMMUTABLE,
                    "type", drm_plane_type_enum_list,
                    ARRAY_SIZE(drm_plane_type_enum_list));
    // 2. 创建并初始化property结构
    drm_property_create(dev, flags, name, num_values);
    // 3. 给每个枚举分配结构并赋值
    for (i = 0; i < num_values; i++) 
        drm_property_add_enum

内核标准属性

参考： DRM应用程序进阶-何小龙drm在调用 drm_mode_config_init 初始化 mode_config时，会调用 drm_mode_create_standard_properties 创建一系列的标准属性，可以说是必备的参数

在 Linux DRM Internals-kms 中 KMS Properities末尾，提供了一些标准属性，包含：

Standard Connector Properties
HDMI Specific Connector Properties
Standard CRTC Properties
Standard Plane Properties
Plane Composition Properties
Damage Tracking Properties
Color Management Properties
Tile Group Property
Explicit Fencing Properties
Variable Refresh Properties

并提供了： Existing KMS Properties这里不一一列举，直接参考内核文档，在用到的时候在来枚举

Atomic下得属性配置

在libdrm得源码中，下边实现区分了atomic和非atomic模式，用户使用都推荐使用atomic模式来进行参数得配置

用户层接口

其实驱动支持了 atomic，无论应用是否带有 -a 参数，最终底层调用都是一致得，不过-a得好处是一次ioctl配置完成了所有参数，减少新接口得注册，且对用户来说原子操作。

atomic设置模式

在执行 drmModeAtomicCommit 时底层支持三种模式：atomic配置一次属性，需要经过 atomic_check + atomic_commit，以下是这三种模式得区别

/* page-flip flags are valid, plus: */
#define DRM_MODE_ATOMIC_TEST_ONLY 0x0100      // 仅仅调用atomic_check
#define DRM_MODE_ATOMIC_NONBLOCK  0x0200      // atomic_check + atomic_commit(nonblock)
#define DRM_MODE_ATOMIC_ALLOW_MODESET 0x0400  // atomic_check + atomic_commit(block), modetest 使用这种模式,

drm_atomic_state得分配

在配置过程中，首先看到的是 drm_atomic_state的更替，这个是做什么的

state = drm_atomic_state_alloc(dev);
drm_atomic_set_property  // 以Plane为例， connector和crtc类似
    drm_atomic_get_plane_state(state, plane);
    drm_atomic_plane_set_property(plane,plane_state, file_priv,prop, prop_value);

内核层属性配置流程

drm.drawio

prepare_signaling 和 complete_signaling

KMS核心功能

struct drm_mode_config_funcs {
  struct drm_framebuffer *(*fb_create)(struct drm_device *dev,struct drm_file *file_priv, const struct drm_mode_fb_cmd2 *mode_cmd);
  const struct drm_format_info *(*get_format_info)(const struct drm_mode_fb_cmd2 *mode_cmd);
  void (*output_poll_changed)(struct drm_device *dev);
  enum drm_mode_status (*mode_valid)(struct drm_device *dev, const struct drm_display_mode *mode);
  int (*atomic_check)(struct drm_device *dev, struct drm_atomic_state *state);
  int (*atomic_commit)(struct drm_device *dev,struct drm_atomic_state *state, bool nonblock);
  struct drm_atomic_state *(*atomic_state_alloc)(struct drm_device *dev);
  void (*atomic_state_clear)(struct drm_atomic_state *state);
  void (*atomic_state_free)(struct drm_atomic_state *state);
};