3、Linux DRM框架基础：DRM/KMS核心概念与驱动初始化

3.1 DRM/KMS到底是个啥DRM全称是Direct Rendering Manager直接渲染管理器。KMS是Kernel Mode Setting内核模式设置。说白了DRM负责图形渲染和显示管理KMS负责显示模式的切换和配置。我在MTK平台上做多屏显示时最深的体会是DRM把显示硬件抽象成了几个标准组件。你不需要关心底层寄存器怎么配只需要操作这几个组件就行。核心思想DRM/KMS将显示硬件抽象为CRTC、Encoder、Connector、Plane四个对象驱动开发者只需实现对应的回调函数。3.2 四大核心对象详解咱们一个一个来看。这四个对象我习惯叫它们“显示四件套”。3.2.1 CRTC阴极射线管控制器CRTC这个名字有点历史感但功能很实在。它负责生成显示时序控制扫描输出。说白了就是告诉显示器“什么时候该刷新哪一行像素”。管理显示模式分辨率、刷新率控制帧缓冲区的读取处理垂直同步VBlank中断我在MT8678项目里遇到过一个问题双屏显示时两个CRTC的时序必须独立配置。如果共用同一个时序源第二块屏就会出现撕裂。嗯这个坑我踩过。3.2.2 Encoder编码器Encoder负责把CRTC输出的像素数据转换成特定接口的信号。比如HDMI、DP、MIPI DSI这些。将并行数据转为串行信号处理不同接口的电气特性管理热插拔检测你想想看MTK平台上的DisplayPort和eDP其实都走同一个Encoder硬件模块但驱动里要区分不同的Encoder类型。我建议你在dts里就把Encoder的type配清楚不然后面调试起来很痛苦。3.2.3 Connector连接器Connector代表物理接口比如HDMI插座、DP口、LVDS排线。它负责检测显示器是否连接、读取EDID信息。Connector类型典型应用注意事项HDMI-A电视、外接显示器支持音频传输DisplayPort高分辨率显示器支持多流传输DSI内置LCD屏MIPI接口功耗低eDP笔记本内置屏支持PSR省电我记得有一次调试HDMI输出死活检测不到显示器。后来发现是Connector的status检测回调没实现内核以为没插显示器。这个坑新手很容易掉进去。3.2.4 Plane图层Plane是DRM/KMS里比较新的概念。它代表一个独立的显示图层。每个Plane可以有自己的帧缓冲区、位置、大小、透明度。主平面Primary Plane默认的显示图层叠加平面Overlay Plane用于画中画、字幕等光标平面Cursor Plane硬件光标MT8678支持最多4个硬件Plane。我在做多屏异显时就是利用不同Plane输出不同内容到不同屏幕。说白了每个屏幕绑定一个CRTC每个CRTC可以挂多个Plane。个人经验Plane的alpha混合功能很强大但要注意硬件限制。有些Plane不支持全局alpha只能做像素级混合。写驱动前一定要看datasheet。3.3 对象之间的连接关系这四个对象不是孤立的。它们通过“管道”连接在一起Plane → CRTC → Encoder → Connector → 显示器数据流向是这样的Plane提供像素数据从帧缓冲区读取CRTC生成时序控制扫描输出Encoder将数据编码为接口信号Connector将信号送到物理接口你想想看这就像一条流水线。每个环节出了问题显示都会异常。我在项目中遇到过Encoder和Connector不匹配的情况——Encoder输出的是LVDS信号但Connector配成了HDMI结果屏幕一片黑。3.4 drm_device初始化流程好理论讲完了咱们看看实际代码。drm_device的初始化我总结为“三步走”3.4.1 第一步分配和注册drm_devicestruct drm_device *drm_dev; int ret; // 分配drm_device drm_dev drm_dev_alloc(mtk_drm_driver, dev); if (IS_ERR(drm_dev)) return PTR_ERR(drm_dev); // 设置驱动私有数据 drm_dev-dev_private mtk_priv; // 注册drm_device ret drm_dev_register(drm_dev, 0); if (ret) goto err_free;这里要注意drm_dev_alloc和drm_dev_register是分开的。我习惯在probe函数里先alloc等所有资源都准备好了再register。这样如果中间出错可以直接释放不会留下半残的设备。3.4.2 第二步初始化mode_config// 设置mode_config的回调函数 drm_mode_config_init(drm_dev); drm_dev-mode_config.funcs mtk_mode_config_funcs; drm_dev-mode_config.min_width 320; drm_dev-mode_config.max_width 4096; drm_dev-mode_config.min_height 240; drm_dev-mode_config.max_height 4096;mode_config是KMS的核心配置结构。它定义了显示能力的上下限。我曾经把max_width设小了结果4K屏死活点不亮。调试了两天才发现是这里的问题。3.4.3 第三步创建CRTC、Encoder、Connector、Plane// 创建CRTC struct drm_crtc *crtc; crtc mtk_crtc_create(drm_dev); if (IS_ERR(crtc)) goto err_mode_config; // 创建Encoder struct drm_encoder *encoder; encoder mtk_encoder_create(drm_dev); if (IS_ERR(encoder)) goto err_crtc; // 创建Connector struct drm_connector *connector; connector mtk_connector_create(drm_dev); if (IS_ERR(connector)) goto err_encoder; // 创建Plane struct drm_plane *plane; plane mtk_plane_create(drm_dev, DRM_PLANE_TYPE_PRIMARY); if (IS_ERR(plane)) goto err_connector;创建完这些对象后还要把它们连接起来// 将Plane附加到CRTC drm_crtc_init_with_planes(drm_dev, crtc, plane, NULL, mtk_crtc_funcs, NULL); // 将Encoder连接到CRTC encoder-possible_crtcs drm_crtc_mask(crtc); // 将Connector连接到Encoder connector-encoder_ids[0] encoder-base.id; connector-encoder encoder;注意possible_crtcs这个位掩码很容易配错。如果配成0Encoder就找不到可用的CRTC显示会失败。我建议用drm_crtc_mask()自动生成。3.5 完整的初始化流程总结我把整个流程画成一张表方便你对照检查步骤操作关键函数/结构1分配drm_devicedrm_dev_alloc()2初始化mode_configdrm_mode_config_init()3创建CRTCdrm_crtc_init_with_planes()4创建Encoderdrm_encoder_init()5创建Connectordrm_connector_init()6创建Planedrm_universal_plane_init()7连接对象设置possible_crtcs、encoder_ids8注册drm_devicedrm_dev_register()嗯到这里DRM框架的基础就讲完了。说白了DRM/KMS就是一套标准化的显示管理框架。你只要把CRTC、Encoder、Connector、Plane这四个对象创建好、连接好剩下的工作内核框架帮你搞定。下一章咱们会深入MTK平台的具体实现看看这些对象在MT8678上是怎么适配的。到时候我会分享一些实际调试中的经验包括怎么用modetest工具验证你的驱动是否正常工作。练习试着在开发板上运行modetest -M mtk_drm看看能不能列出CRTC、Encoder、Connector的信息。如果报错检查一下你的drm_device初始化是否完整。