DRM 架構介紹
1、 DRM 簡介（Direct Rendering Manager）
傳統 linux 顯示設備驅動開發時，通常使用 FB 驅動架構，隨着顯卡性能升級：顯示覆蓋（菜單層級）、GPU 加速、硬件光標，傳統 FB 架構無法很好支持，此外，對於多應用的訪問衝突也無法很好控制。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 3D 渲染、視頻解碼和 GPU 計算等工作。
1.1 DRM 發展歷史
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1999 年，Precision Insight 公司首次爲 XFree86 4.0 Server 開發 DRI 顯示框架，用於更好的適配 3DFX 公司顯卡，初版 DRM 代碼產出後，接下來的幾年時間裏，DRM 所支持的顯卡列表不斷被擴充。
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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。
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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。
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2018 年，又有 10 個基於 atomic 框架的 DRM 新增驅動被添加到 Linux kernel。
1.2 DRM 架構對比 FB 架構優勢
DRM 是目前 Linux 的主流圖形顯示框架，相比於傳統 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 優勢主要體現：
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DRM 原生支持多圖層合成，FB 原生不支持多層合成。
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FB 不支持 VSYNC、DMA-BUF、異步更新和 fence 機制，但 DRM 原生都支持。
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DRM 統一管理 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 都作爲 DRM 設備，併爲之創建一個設備文件 / dev/dri/cardX 與之連接，從整體架構上來看主要分爲 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，便於重用與代碼共享。
- 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：包括分辨率、刷新率、電源狀態（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
圖片來源：https://en.wikipedia.org/wiki/Direct_Rendering_Manager#/media/File:DRM_architecture.svg
1.4 DRM 圖形顯示框架涉及元素
本章節介紹 DRM 框架中的一些重點模塊的功能與在顯示鏈路中的作用，下圖爲 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係說明，以加深架構與流程之間的對應聯繫。
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，下圖中藍色部分爲物理硬件的抽象，棕色部分則爲軟件的抽象，其中 GEM 結構體爲：drm_gem_object，其餘部分位於結構體 drm_mode_object 中.
PS：drm_panel 不屬於 object 範疇，只是爲了降低 LCD 驅動與 encoder 驅動間的耦合，是一堆回調函數集合。
圖 2.1 DRM 核心組件介紹
2.2 DRM 抽象硬件如何關聯 DRM Object
DRM 的 objects 並不難理解，重要的是如何將實際的硬件與這些 object 進行關聯，下面會以 MIPI DSI 接口爲例進行介紹軟件架構與 DRM object 的對應關係。
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，顯卡邏輯也非常複雜，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 框架成功加載後，會創建一個設備文件 / dev/dri/card0，上層用戶應用可以通過該文件節點，獲取顯卡的各種操作。
3.2 獲取顯卡資源句柄
打開 DRM 設備文件後，通過以下函數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 後，獲取它的連接對象。
3.4 創建 FrameBuffer
創建 FrameBuffer 後，然後映射一片內存，對這塊內存進行像素數據填充。
3.5 設置 Crtc 模式
FB 創建成功並進行清 0 操作，可以在裏面填充任何數據，然後設置 CRTC 後，FB 的內容就可以顯示在屏幕。
CRTC 模式設置函數：drmModeSetCrtc()，參數爲：fd、crtc 句柄、FB 句柄、X\Y 座標等。
3.6 資源清理工作（非必需）
顯示完成後，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 架構的發展歷史、驅動框架以及簡單示例，旨在幫助讀者瞭解 DRM 架構的形成、功能流程實現，DRM 代碼龐大且複雜，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，後續章節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，參見 drivers/gpu/drm/xxx/drv.c 文件，會在設備目錄下出現：/dev/fb0 。
Reference
1.https://www.kernel.org/doc/html/latest/gpu/index.html
Linux GPU Driver Developer’s Guide
- https://www.kernel.org/doc/html/latest/gpu/drm-kms.html#kms-properties
Kernel Mode Setting (KMS)
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來源：https://mp.weixin.qq.com/s/UQ-IBDp2enOkkBa-XXliIQ