瑞芯微Linux驱动一对一答疑辅导

文章目录

• 一、KMS
• 二、GEM
• 三、元素介绍
• 3.1、CRTC - 阴极射线管控制器
• 3.2、Encoder - 编码器
• 3.3、Connector - 连接器
• 3.4、Plane - 图层
• 3.5、Framebuffer - 帧缓存
• 3.6、Vblank - 垂直消隐期
• 3.7、Property - 属性

我们来看一下DRM子系统的软件架构：

DRM框架从上到下依次为应用程序、libdrm、DRM driver、HW；

1. 应用程序：上图中并没有画出；应用程序可以直接操纵DRM的ioctl进行显示相关操作，后来封装成了libdrm库，让用户可以更加方便的进行显示控制；
2. libdrm：lbdrm是DRM框架提供的位于用户空间操作DRM的库，提供了DRM驱动的用户空间接口；对底层接口进行封装，向上层应用程序提供通用的API接口，本质上是对各种ioctl接口进行封装；
3. DRM core：DRM核心层，由GEM和KMS组成；

• KMS：Kernel Mode Setting，所谓内核显示模式设置，其实说白了就两件事：更新画面和设置显示参数；
• 更新画面：显示buffer的切换，多图层的合成方式，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：Graphic Execution Manager（图形执行管理器），它提供了一种抽象的显存管理方式，使用户空间应用程序可以更方便地管理显存，而不需要了解底层硬件的细节；
• 实际上，在DRM中包含两个内存管理器，TTM（Translation Table Manager）和GEM（Graphic Execution Manager），TTM是第一个开发的DRM内存管理器，关于TTM我们就不做过多的介绍了，知道有这么一个东西就好了。

1. HW：硬件设备；

想象成一个现代化的数字美术馆：
美术馆的展厅（你的电脑屏幕）： 这是最终呈现画作给观众（用户）的地方。
画作（要显示的画面）： 比如你的桌面、一个浏览器窗口或一个视频。
现在，我们来认识这个美术馆里的两大核心管理部门：KMS（展厅管理部） 和 GEM（画作仓库管理部）。

一、KMS

KMS主要负责显示相关功能，在DRM中将其进行抽象，包括：CRTC、ENCODER、CONNECTOR、PLANE、Framebuffer、VBLANK、property；它们之间的关系如下图所示：
[图片]
以HDMI接口为例说明，Soc内部一般包含一个Display模块，通过总线连接到HDMI接口上；

• Display模块对应CRTC；
• HDMI接口对应Connector；
• Framebuffer对应的是显存部分；
• Plane是对Framebuffer进行描述的部分；
• Encoder是将像素转化为HDMI接口所需要的信号，一般Encoder和Connector放到一块初始化。

二、GEM

GEM主要负责显示buffer的分配和释放，在DRM中将其进行抽象，包括：DUMP、PRIME、fence；
GEM 的核心职责是：高效、安全地管理美术馆里所有的“数字画作”（内存缓冲区），处理谁可以访问它们，以及它们在仓库里的存放位置。 它关心的是 “是什么” 和 “在哪里”。

三、元素介绍

学习DRM驱动其实就是学习上面各个元素的实现及用法，如果你能掌握这些知识点，那么在编写DRM驱动的时候就能游刃有余。

想象一下，我们要在一個美術館（GPU/显示系统）里举办一场画展，最终目标是把一幅画展示在墙上的画框（显示器） 里。

3.1、CRTC - 阴极射线管控制器

• 原始形象：在LCD时代之前，CRTC是控制电子束在阴极射线管上扫描的硬件。现在它泛指显示控制器。
• 画展比喻：CRTC 就是那个决定“把哪幅画挂到哪个画框里”的策展人助理。
• 它负责定时从帧缓存里读取像素数据，加上时序信号（如Vblank），最终输出给显示器。
• 一个CRTC通常驱动一个显示器。多显示器系统有多个CRTC。

3.2、Encoder - 编码器

• 原始形象：将CRTC输出的数字像素信号转换成特定接口信号（如HDMI, DPI, LVDS）的硬件模块。
• 画展比喻：Encoder 是画框的“挂画钩”和“说明书撰写员”。
• 它接收策展人助理（CRTC）选好的画，然后根据画框（显示器）的特性，制作一个合适的“挂钩”（比如HDMI信号），并附上如何展示这幅画的说明书（如分辨率、刷新率）。没有这个“钩”，画就无法挂上画框。

3.3、Connector - 连接器

• 原始形象：物理上的显示接口硬件状态抽象，如HDMI口、DP口。它负责检测显示器是否插入、读取显示器的EDID信息（支持的分辨率等）。
• 画展比喻：Connector 就是物理的“画框”本身。
• 它有自己的属性：多大（分辨率）、支持什么样的挂画方式（支持的信号类型）、当前有没有挂画（热插拔检测）。策展系统需要不断地询问画框：“你还在吗？你想怎么被挂画？”

3.4、Plane - 图层

• 原始形象：一个提供图像数据的图层。现代GPU通常支持多个Overlay Plane（叠加图层），可以在硬件层面进行混合，提升效率。
• 画展比喻：Plane 是画作的“图层”或“透明胶片”。
• 主画布（Primary Plane）：背景画，通常是桌面本身。
• 叠加画布（Overlay Plane）：可以叠加在主画布上的透明胶片，比如一个正在播放的视频窗口。策展人助理（CRTC）可以把主画布、视频窗口、鼠标光标等多个“图层”高效地叠加在一起，形成最终展示的画面。这比把所有内容先画在一张纸上（CPU混合）再展示要快得多。

3.5、Framebuffer - 帧缓存

• 原始形象：一块存储了最终要显示的图像像素数据的内存区域。
• 画展比喻：Framebuffer 就是“已经画好的、等待被挂上画框的画作”。
• 这幅画被存放在仓库（显存）里的一个特定位置。策展人助理（CRTC）的工作就是定时去这个位置取画，然后通过Encoder挂到Connector上。

3.6、Vblank - 垂直消隐期

• 原始形象：显示器完成一帧扫描后，电子束从屏幕右下角返回到左上角开始下一帧的这段时间。此时屏幕没有在刷新。
• 画展比喻：Vblank 是“观众眨眼的瞬间”。
• 在观众眨眼（Vblank期间）的时候，策展人助理（CRTC）赶紧把旧画取下，换上新画（交换帧缓存）。如果换画的时机不对，在观众正看着的时候换，就会看到画面撕裂（上一半是旧画，下一半是新画）。垂直同步 技术就是确保只在“眨眼时”换画。

3.7、Property - 属性

• 原始形象：DRM内核暴露给用户空间的、用于控制显示硬件各种参数的通用接口。
• 画展比喻：Property 是画框和挂画系统上各种可调节的“旋钮和开关”。
• 比如：“画框的亮度”、“对比度”、“旋转角度”、“是否启用某个特殊滤镜”等等。通过调节这些属性，我们可以精细地控制最终的显示效果，而无需修改画作本身。