• 相关参考
• modetest的使用
• gem的初始化
• DRM中DUMB使用
  • mali-dp drm属性

相关参考

• 最简单的DRM应用程序 （single-buffer）
• Linux Kernel 5.9

modetest的使用

在modetest使用dumb buffer的时候，操作方式如下：

int main(int argc, char **argv)
{
    open("/dev/dri/card0");
    drmModeGetResources(...);
    drmModeGetConnector(...);
    // 关于dumb buffer的使用， 参考modetest源码： bo_fb_create
    drmIoctl(DRM_IOCTL_MODE_CREATE_DUMB);
    drmModeAddFB(...);
    drmIoctl(DRM_IOCTL_MODE_MAP_DUMB);
    mmap(...);
    // ...... 填充framebuffer
    drmModeSetCrtc(crtc_id, fb_id, connector_id, mode);
    ......
}

不考虑其他模块，就dumb而言，需要经过以下步骤：

• 打开当前DRM模块，获取到fd，对应底层会生成自己的drm_file；
• 创建N块自己需要的显存，这个显存可以是GPU显存-独立显卡， 也可以是内存-集显或SOC设备；
• 我们使用显存肯定要mmap到用户空间，来减少拷贝的耗时。但此时我们只有一个fd，所以需要底层fake mmap，将不同的空间，提供一个索引给用户；
• 用户调用mmap，此时会去映射到自己 选择 的 offset 空间；
• AddFramebuffer将用户分配的buffer描述成framebuffer，挂到drm_device中。

**下边参考 mali-dp550 使用 内核是如何初始化gem的 // malidp-drv.c kernel_version: 5.9

因为mali-dp550在ARM上是SoC，所以显存和内存公用，所以关于frmabuffer的分配都是基于CMA 来分配连续的大块内存，可供DMA使用**。 CMA，Contiguous Memory Allocator，是内存管理子系统中的一个模块，负责物理地址连续的内存分配**。一般系统会在启动过程中，从整个memory中配置一段连续内存用于CMA，然后内核其他的模块可以通过CMA的接口API进行连续内存的分配。CMA的核心并不是设计精巧的算法来管理地址连续的内存块，实际上它的底层还是依赖内核伙伴系统这样的内存管理机制，或者说CMA是处于需要连续内存块的其他内核模块（例如DMA mapping framework）和内存管理模块之间的一个中间层模块，主要功能包括： 1、解析DTS或者命令行中的参数，确定CMA内存的区域，这样的区域我们定义为CMA area。 2、提供cma_alloc和cma_release两个接口函数用于分配和释放CMA pages 3、记录和跟踪CMA area中各个pages的状态 4、调用伙伴系统接口，进行真正的内存分配。

gem的初始化

在drm初始化时，如果支持GEM属性的话，在初始化drm_device时会初始化一个 vma，这个是做什么用的？？？ // TBD

drm_dev_init
    drm_gem_init(dev);  // drm_driver->feature has DRIVER_GEM
struct drm_vma_offset_manager {
    rwlock_t vm_lock;
    struct drm_mm vm_addr_space_mm;
};
// Initialize new offset-manager
drm_vma_offset_manager_init(vma_offset_manager,
                    DRM_FILE_PAGE_OFFSET_START,
                    DRM_FILE_PAGE_OFFSET_SIZE);
    rwlock_init(&mgr->vm_lock);
    drm_mm_init(&mgr->vm_addr_space_mm, page_offset, size);

DRM中DUMB使用

mali-dp drm属性

#define DRM_GEM_CMA_DRIVER_OPS_WITH_DUMB_CREATE(dumb_create_func) \
    .gem_create_object    = drm_gem_cma_create_object_default_funcs, \
    .dumb_create        = (dumb_create_func), \
    .prime_handle_to_fd    = drm_gem_prime_handle_to_fd, \
    .prime_fd_to_handle    = drm_gem_prime_fd_to_handle, \
    .gem_prime_import_sg_table = drm_gem_cma_prime_import_sg_table, \
    .gem_prime_mmap        = drm_gem_cma_prime_mmap
static struct drm_driver malidp_driver = {
    .driver_features = DRIVER_GEM | DRIVER_MODESET | DRIVER_ATOMIC,
    DRM_GEM_CMA_DRIVER_OPS_WITH_DUMB_CREATE(malidp_dumb_create),
#ifdef CONFIG_DEBUG_FS
    .debugfs_init = malidp_debugfs_init,
#endif
    .fops = &fops,    // DEFINE_DRM_GEM_CMA_FOPS
    ......
};

DUMB创建计算图片的空间大小我们要计算一张图片所需要的空间大小，需要获取到以下参数：

struct drm_mode_create_dumb {
    __u32 height;    // 图像Height，我们这里将 YUV420相关格式的位深都写为8，但实际图像表示是超过8的，怎么办
             // 这里对这种情况， virtual_height = height * 3 / 2;  将图像的height 增加上UV相关占用字节数，即可。
    __u32 width;
    __u32 bpp;    // 图像位深： bo_create 中计算了各种格式下的图像位深度。 YUV420将这里写为8，但height的增加解决了该问题
    __u32 flags;
    /* handle, pitch, size will be returned 内核返回以下参数 */
    __u32 handle;    // dumb buffer的句柄
    __u32 pitch;    // pitch = ALIGN(DIV_ROUND_UP(args->width * args->bpp, 8), alignment); 各硬件自定义对齐位数
    __u64 size;    // 对齐后，图像占用空间的实际大小  size = pitch * height;
};
bo_create
    bo_create_dumb(fd, width, virtual_height, bpp);

用户空间 调用 drmIoctl(DRMIOCTLMODE_CREATE_DUMB) 会分配一片显存，并用drm_gem_objct管理起来，同时初始化 mmap

drmIoctl(fd, DRM_IOCTL_MODE_CREATE_DUMB, &create); // 用户层
DRM_IOCTL_MODE_CREATE_DUMB==>drm_mode_create_dumb_ioctl    // 内核层
drm_mode_create_dumb_ioctl
    => drm_mode_create_dumb
        => dev->driver->dumb_create(file_priv, dev, args); // mali-dp550使用： 5.9版本使用 malidp_dumb_create
struct drm_driver {
    int (*dumb_create)(struct drm_file *file_priv, struct drm_device *dev, struct drm_mode_create_dumb *args);
};

在mali-dp550中，申请framebuffer的方法

malidp_dumb_create
    => alignment = malidp_hw_get_pitch_align(malidp->dev, 1);  // !!! 重点：获取 malidp_device 中 .bus_align_bytes = 8, 硬件对齐位数，这里至少8对齐。
    => pitch = ALIGN(DIV_ROUND_UP(args->width * args->bpp, 8), alignment);  // width*bpp 一个图像的总宽度占用字节数，然后根据硬件要求对齐
    => drm_gem_cma_dumb_create_internal(file_priv, drm, args); // 因为 MALI-DP550原生是为了SOC设计， 显存和内存公用，使用CMA分配
        => args->size = args->pitch * args->height; // 根据对齐后的数据，算出实际要占用的总空间数
        => drm_gem_cma_create_with_handle
             => drm_gem_cma_create(drm, size);  // ！！！重点
            => drm_gem_handle_create(file_priv, gem_obj, handle) // ！！！ 重点，这里给用户空间返回handle，是用户操作buffer的句柄
            => drm_gem_object_put(gem_obj);

drm_gem_cma_create 此函数创建一个 CMA GEM 对象并分配一个连续的内存块作为后备存储。后备内存设置了 writecombine 属性。可以看到这个函数中，会有三操作：

• struct drm_gem_object *gem_obj **gem buffer对象结构体**分配及初始化；
• drm_gem_create_mmap_offset() offset的初始化；
• dma_alloc_wc ： 真实物理内存的分配-dma writecombine的内存属性； ！！！ 注意，gem_obj 和 gem_mmap 并不会分配真实的内存，只是建立一个管理机制。

struct drm_gem_object *obj

drm_gem_handle_create重点：用户空间在打开当前 /dev/dri/cardx后，可能会操作若干个dumb buffer，所以需要一个idr来定位当前申请的dumb buffer。在 struct drm_file *file_priv 中 file_priv->object_idr 挂接了当前dumb buffer的所有 struct drm_gem_object 。

dumb的mmap和linux的mmap在modetest里边，我们使用 dumb buffer，不仅仅是需要分配 bo_create_dumb，还需要mmap ： bo_map

drmIoctl(bo->fd, DRM_IOCTL_MODE_MAP_DUMB, &arg); .
drm_mmap(0, bo->size, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, bo->fd, arg.offset);    // drm_mmap 就是内核的 mmap

关于 **Linux的mmap，这个不需要强调，将设备物理地址(物理内存)映射到用户空间的虚拟地址(虚拟内存)上**。

#include <sys/mman.h>
void *mmap(void *addr, size_t length, int prot, int flags,
int fd, off_t offset);
int munmap(void *addr, size_t length);

建立映射 void mmap(void addr, size_t length, int prot, int flags, int fd, off_t offset); addr: 指定映射的起始地址，通常设为NULL, 由系统指定。 len: 映射到内存的文件长度 prot: 映射区的保护方式， 可以是： PROT_EXEC: 映射区可被执行 PROT_READ: 映射区可被读取 PROT_WRITE: 映射区可被写入 flags: 映射区的特性，可以是： MAP_SHARED: 写入映射区的数据会复制回文件，且允许其他映射该文件的进程共享 MAP_PRIVATE:对映射区的写入操作会产生一个映射区的复制（copy-on-write）, 对此区域所做的修改不会写回原文件。 fd: 由open返回的文件描述符，代表要映射的文件 offset: 以文件开始处的偏移量/或其他对象，必须是分页大小的整数倍，通常为0，表示从文件开头映射

解除映射 int munmap(void *start, size_t length)

功能： 取消参数start所指向的映射内存，参数length表示欲取消的内存大小

addr: mmap的返回值

返回值： 解除成功返回0，否则返回-1，错误原因存于errno中。

mmap调用 struct drm_driver 中的 mmap, 在mali-dp550中调用 drm_gem_cma_mmap

DEFINE_DRM_GEM_CMA_FOPS(fops);
static const struct file_operations fops = {\
    .owner        = THIS_MODULE,\
    .open        = drm_open,\
    .release    = drm_release,\
    .unlocked_ioctl = drm_ioctl,\
    .compat_ioctl    = drm_compat_ioctl,\
    .poll        = drm_poll,\
    .read        = drm_read,\
    .llseek     = noop_llseek,\
    .mmap        = drm_gem_cma_mmap,\
    DRM_GEM_CMA_UNMAPPED_AREA_FOPS \
}

dumb的mmapdumb_map_offset 的作用：

在 drm 设备节点的地址空间中分配一个偏移量，以便能够内存映射一个 dumb缓冲区。 默认实现是 drm_gem_create_mmap_offset()。 基于 GEM 的驱动程序不能覆盖它。 由用户通过 ioctl 调用。 返回值 成功为零，失败为负 errno。 在 static struct drm_driver malidp_driver 中未实现 dumb_map_offset，默认使用 ： drm_gem_dumb_map_offset()

功能：给dumb建立fake mmap， 然后提供给用户一个offset，使得用户在mmap 当前fd时可选中对应buffer。drmModeAddFB2问题：我们显示图片的时候， 按照前边的步骤， 好像已经可以吧 所有buffer 映射到用户空间了， 为什么还需要 add framebuffer？这个都做了什么?AddFB和AddFB2有啥区别？

int drmModeAddFB2(int fd, uint32_t width, uint32_t height,
        uint32_t pixel_format, const uint32_t bo_handles[4],
        const uint32_t pitches[4], const uint32_t offsets[4],
        uint32_t *buf_id, uint32_t flags);
参数：
    buf_id是一个传出参数，看来这个函数的目的是获取buf_id,应该就是framebuffer的obj-id
    fd, width，height，pixel_format  图像的基础信息
    bo_handles[4]:  
    pitches[4]:
    offsets[4]:  在bo_create中，初始化这几个字段。根据format不同，将framebuffer 划分为1-3部分
    flags:
        #define DRM_MODE_FB_INTERLACED    (1<<0) /* 隔行帧 */
        #define DRM_MODE_FB_MODIFIERS    (1<<1) /* enables ->modifer[]，如果使能 dev->mode_config.allow_fb_modifiers 必须为1 */

可以看到addfb实现了以下行为：

• framebuffer_check 对 buf数据格式的正确性进行校验。
• 创建drm_framebuffer *fb，并根据地址填充
• drm_framebuffer 内部包含 struct drm_mode_object，将这个挂接到mode_config的object_idr 查找表中，同时叶挂到 mode_config.fb_list 链表里

总结： 这里就是将 dumb buffer 划分成framebuffer，并添加到 drm_device->mode_config 中，使得用户modeset 可检测出当前framebuffer