对于Display框架，我需要了解KMSapi吗？Linux驱动

　　缘由
　　什么是 KMS ?
　　要了解 KMS，首先要了解 DRM。
　　DRM 是 Direct Rendering Manager 的缩写，最初只是用来支持 GPU 的，最初它负责：Initialize GPU card, load its firmware, etc. Share the GPU command queue between multiple applications Manage the memory (allocation, access)
　　那时候，Mode-Setting (包括更新画面、配置 display pipeline、screen resolution、color depth、refresh rate等) 是在 Userspace 中实现的，这样做的缺点是：Rendering 和 Mode-Setting 会发生竞争; 不统一，缺少抽象，不同的硬件平台各自为营;
　　后来就引入了 Kernel Mode-Setting (KMS)，其实就是将 Mode-Setting 的活移回到内核，DRM driver 即负责访问 GPU 也负责访问 Display Engine，且将 KMS 作为 DRM API 的一部分，如下图：
　　目前我们关注最左边的路径就好，不用太关注 GEM、PRIME 等概念。
　　图形应用是如何进行显示的？
　　通常，一个普通的图形应用并不会直接通过 KMS 和内核进行交互，而是先和 display server (例如给予 X11 的 Xorg, 或者基于 Wayland 的 Weston，也称 display compositor) 进行交互：将显示的图像提交给 display server， 再由 display server 负责将多个 client 图形应用的图像合成成一张图像，并将这张图像通过 KMS 的接口提交给内核。
　　简而言之，就是 2 个步骤：
　　step1: 合成
　　step2: 提交给内核
　　何时要用 KMS ?
　　对于普通的图形应用，一般是不会直接去使用 KMS 的。
　　只有一些需要 low level control 的应用需要使用 KMS，例如：Display servers; Media players，例如 Kodi，它们有自己的 KMS backend，不需要额外的 display server; 游戏相关的应用，例如 RetroArch，为了支持更多的平台，它们会做到不依赖 display server; VR、XR，它们对性能要求很严格，所以会亲自访问 KMS 以达到最小的延迟;
　　既然很少直接使用 KMS，为什么还要学习它 ?DRM Driver 的驱动开发人员有必要了解 KMS api，这样才能理解 DRM Driver 的设计目的，从而编写出正确的驱动程序; 理解原理，可以协助我们定位图形应用不稳定或者性能相关的问题，尤其是嵌入式 Linux 领域，显示相关的功能复杂且容易出现异常; 如果你想要为开源软件 Wayland 或者 Kodi 做贡献的话，则需要了解 KMS api; 如果你的应用对性能和延迟性要求很高的话，也需要了解 KMS api。
　　如何编写 KMS Demo？
　　要编写 KMS 程序，首先要了解 KMS 的模型。
　　KMS 将硬件模块抽象成下面几个对象类型：Planes：图层，例如在 rockchip 平台里对应 SOC 内部 VOP 模块的 win 图层; CRTC：显示控制器，例如在 rockchip 平台里对应 SOC 内部的 VOP 模块; Encoder：输出转换器，指 RGB、LVDS、DSI、eDP、HDMI、CVBS、VGA 等显示接口; Connector：连接器，指 encoder 和 panel 之间交互的接口部分; Bridge：桥接设备，一般用于注册 encoder 后面另外再接的转换芯片，如 DSI2HDMI 转换芯片; Panel：泛指屏，各种 LCD、HDMI 等显示设备的抽象;
　　应用通过 KMS api 将这些对象连接成一条 display pipeline，最终将图像显示在屏幕上：
　　点击查看大图 KMS 有两套 api: legacy api (已过时) 和 atomic api：
　　legacy api 虽说已经过时了，但是它其实是很适合 KMS api 初学者的，因为它仍然是基于 plane、crct、encoder、connector 这些核心概念的。atomic api 只是在 legacy api 基础上进行一些改进，待会会细说。
　　KMS legacy api 最简单示例：int main(int argc, char **argv) {  int fd;  drmModeConnector *conn;  drmModeRes *res;  uint32_t conn_id;  uint32_t crtc_id;   /* open the drm device */  fd = open(＂/dev/dri/card0＂);   /* get crtc/encoder/connector id */  res = drmModeGetResources(fd);  crtc_id = res->crtcs[0];  conn_id = res->connectors[0];   /* get connector for display mode */  conn = drmModeGetConnector(fd, conn_id);   /* create a dumb-buffer */  drmIoctl(DRM_IOCTL_MODE_CREATE_DUMB);   /* bind the dumb-buffer to an FB object */  drmModeAddFB(...);   /* map the dumb buffer for userspace drawing */  drmIoctl(DRM_IOCTL_MODE_MAP_DUMB);  mmap(...);   /* start display */  drmModeSetCrtc(crtc_id, fb_id, connector_id, mode); }
　　大致的思路是：通过 drmModeGetResources() 获取到 crtc、connector 等对象的 id，然后通过 id 获取到具体的 object; 通过 ioctl(DRM_IOCTL_MODE_CREATE_DUMB) 和 drmModeAddFB() 创建 DRM framebuffer object，并获得 fb id; 通过 ioctl(DRM_IOCTL_MODE_MAP_DUMB) 和 mmap() 将 framebuffer 映射到用户空间，应用将自己要显示的内容写到 framebuffer 中; 将 crtc、connector、fb 的id 通过 drmModeSetCrtc() 告诉 DRM driver，让内核帮我们配置好 display pipeline，从而将 framebuffer 里的内容显示出来;
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　　关于 KMS atomic api：
　　atomic 的核心思想是将各种设置都保存在一个个的 property 里，最后将所有 property 一次性提交给内核，对于本次 commit 操作，要么成功，要么保持原来的状态完全不变。atomic 的好处在于可以避免操作到一半时中途失败后难以回滚的问题，同时也能避免设置期间屏幕闪烁的问题。
　　non atomic
　　atomic
　　下面的代码同样也是将 crtc、connector 等对象连成一条 display pipeline，只不过这次用的是 atomic api。req = drmModeAtomicAlloc(); drmModeAtomicAddProperty(req, crtc_id, property_active, 1); drmModeAtomicAddProperty(req, crtc_id, property_mode_id, blob_id); drmModeAtomicAddProperty(req, conn_id, property_crtc_id, crtc_id); drmModeAtomicCommit(fd, req, DRM_MODE_ATOMIC_ALLOW_MODESET, NULL); drmModeAtomicFree(req);
　　代码虽然增多了，但是能得到更好的用户体验。
　　更多内容：
　　KMS 功能比较多，api 也比较多，需要一系列的文章才能描述清楚，网上已经有一个比较好的教程，我就不再详细描述了。
　　请参考何小龙的 blog：
　　https://blog.csdn.net/hexiaolong2009/article/details/83720940
　　相关文章列表：最简单的DRM应用程序 （single-buffer） 最简单的DRM应用程序 （double-buffer） 最简单的DRM应用程序 （page-flip） 最简单的DRM应用程序 （plane-test） DRM应用程序进阶 （Property） DRM应用程序进阶 （atomic-crtc） DRM应用程序进阶 （atomic-plane） 其他适合学习 KMS 的开源软件1. drminfo
　　https://github.com/ascent12/drm_info
　　drminfo 是一个命令行工具，它可以将系统里 DRM 设备的所有信息都 dump 出来，很适合用于调试。
　　编译：$ apt-get install meson ninja-build  $ git clone https://github.com/ascent12/drm_info drm_info  $ cd drm_info  $ meson build/ $ ninja -C build install
　　用法：# ./drm_info Node: /dev/dri/card0 ├───Driver: rockchip (RockChip Soc DRM) version 2.0.0 (20140818) │   ├───DRM_CLIENT_CAP_STEREO_3D supported │   ├───DRM_CLIENT_CAP_UNIVERSAL_PLANES supported │   ├───DRM_CLIENT_CAP_ATOMIC supported │   ├───DRM_CLIENT_CAP_ASPECT_RATIO supported │   ├───DRM_CLIENT_CAP_WRITEBACK_CONNECTORS supported │   ├───DRM_CAP_DUMB_BUFFER = 1 │   ├───DRM_CAP_VBLANK_HIGH_CRTC = 1 │   ├───DRM_CAP_DUMB_PREFERRED_DEPTH = 0 │   ├───DRM_CAP_DUMB_PREFER_SHADOW = 0 │   ├───DRM_CAP_PRIME = 3 │   ├───DRM_CAP_TIMESTAMP_MONOTONIC = 1 │   ├───DRM_CAP_ASYNC_PAGE_FLIP = 1 │   ├───DRM_CAP_CURSOR_WIDTH = 64 │   ├───DRM_CAP_CURSOR_HEIGHT = 64 │   ├───DRM_CAP_ADDFB2_MODIFIERS = 1 │   ├───DRM_CAP_PAGE_FLIP_TARGET = 0 │   ├───DRM_CAP_CRTC_IN_VBLANK_EVENT = 1 │   ├───DRM_CAP_SYNCOBJ = 0 │   └───DRM_CAP_SYNCOBJ_TIMELINE not supported ├───Device: platform rockchip,display-subsystem │   └───Available nodes: primary, render ├───Framebuffer size │   ├───Width: [0, 8192] │   └───Height: [0, 8192] ├───Connectors │   ├───Connector 0 │   │   ├───Object ID: 77 │   │   ├───Type: eDP │   │   ├───Status: connected │   │   ├───Physical size: 256x144 mm │   │   ├───Subpixel: unknown │   │   ├───Encoders: {0} │   │   ├───Modes │   │   │   └───1920x1080@60.00 nhsync nvsync  │   │   └───Properties │   │       ├───＂EDID＂ (immutable): blob = 0 │   │       ├───＂DPMS＂: enum {On, Standby, Suspend, Off} = On │   │       ├───＂link-status＂: enum {Good, Bad} = Good │   │       ├───＂non-desktop＂ (immutable): range [0, 1] = 0 │   │       ├───＂CRTC_ID＂ (atomic): object CRTC = 54 │   │       ├───＂brightness＂: range [0, 100] = 50 │   │       ├───＂contrast＂: range [0, 100] = 50 │   │       ├───＂saturation＂: range [0, 100] = 50 │   │       └───＂hue＂: range [0, 100] = 50 [...] ├───Encoders │   ├───Encoder 0 │   │   ├───Object ID: 76 │   │   ├───Type: TMDS │   │   ├───CRTCS: {0} │   │   └───Clones: {} │   ├───Encoder 1 │   │   ├───Object ID: 78 │   │   ├───Type: TMDS │   │   ├───CRTCS: {0, 1} │   │   └───Clones: {} │   └───Encoder 2 │       ├───Object ID: 80 │       ├───Type: TMDS │       ├───CRTCS: {1} │       └───Clones: {} ├───CRTCs │   ├───CRTC 0 │   │   ├───Object ID: 54 │   │   ├───Mode: 1920x1080@60.00 nhsync nvsync  │   │   ├───Gamma size: 256 │   │   └───Properties │   │       ├───＂ACTIVE＂ (atomic): range [0, 1] = 1 │   │       ├───＂MODE_ID＂ (atomic): blob = 91 │   │       │   └───1920x1080@60.00 nhsync nvsync  │   │       ├───＂OUT_FENCE_PTR＂ (atomic): range [0, UINT64_MAX] = 0 │   │       ├───＂left margin＂: range [0, 100] = 100 │   │       ├───＂right margin＂: range [0, 100] = 100 │   │       ├───＂top margin＂: range [0, 100] = 100 │   │       ├───＂bottom margin＂: range [0, 100] = 100 │   │       ├───＂ALPHA_SCALE＂ (atomic): range [0, 1] = 1 │   │       └───＂FEATURE＂ (immutable): bitmask {afbdc} = () [...] └───Planes     ├───Plane 0     │   ├───Object ID: 53     │   ├───CRTCs: {0}     │   ├───FB ID: 128     │   │   ├───Object ID: 128     │   │   ├───Size: 1920x1080     │   │   ├───Pitch: 7680 bytes     │   │   ├───Bits per pixel: 32     │   │   └───Depth: 24     │   ├───Formats:     │   │   ├───XRGB8888 (0x34325258)     │   │   ├───ARGB8888 (0x34325241)     │   │   ├───XBGR8888 (0x34324258)     │   │   ├───ABGR8888 (0x34324241)     │   │   ├───RGB888 (0x34324752)     │   │   ├───BGR888 (0x34324742)     │   │   ├───RGB565 (0x36314752)     │   │   └───BGR565 (0x36314742)     │   └───Properties     │       ├───＂type＂ (immutable): enum {Overlay, Primary, Cursor} = Primary     │       ├───＂FB_ID＂ (atomic): object framebuffer = 128     │       │   ├───Object ID: 128     │       │   ├───Size: 1920x1080     │       │   ├───Pitch: 7680 bytes     │       │   ├───Bits per pixel: 32     │       │   └───Depth: 24     │       ├───＂IN_FENCE_FD＂ (atomic): srange [-1, INT32_MAX] = -1     │       ├───＂CRTC_ID＂ (atomic): object CRTC = 54     │       ├───＂CRTC_X＂ (atomic): srange [INT32_MIN, INT32_MAX] = 0     │       ├───＂CRTC_Y＂ (atomic): srange [INT32_MIN, INT32_MAX] = 0     │       ├───＂CRTC_W＂ (atomic): range [0, INT32_MAX] = 1920     │       ├───＂CRTC_H＂ (atomic): range [0, INT32_MAX] = 1080     │       ├───＂SRC_X＂ (atomic): range [0, UINT32_MAX] = 0     │       ├───＂SRC_Y＂ (atomic): range [0, UINT32_MAX] = 0     │       ├───＂SRC_W＂ (atomic): range [0, UINT32_MAX] = 1920     │       ├───＂SRC_H＂ (atomic): range [0, UINT32_MAX] = 1080     │       ├───＂ZPOS＂ (atomic): range [0, 3] = 0     │       ├───＂FEATURE＂ (immutable): bitmask {scale, alpha, hdr2sdr, sdr2hdr, afbdc} = (alpha | afbdc)     │       ├───＂EOTF＂ (atomic): range [0, 5] = 0     │       ├───＂COLOR_SPACE＂ (atomic): range [0, 12] = 0     │       ├───＂GLOBAL_ALPHA＂ (atomic): range [0, UINT8_MAX] = 255     │       ├───＂BLEND_MODE＂ (atomic): range [0, 1] = 0     │       ├───＂ASYNC_COMMIT＂ (atomic): range [0, 1] = 0     │       └───＂SHARE_ID＂ (atomic): range [0, UINT32_MAX] = 53     [...] 2、libdrm 自带的测试程序：modetest
　　https://gitlab.freedesktop.org/mesa/drm
　　modetest 是由 libdrm 提供的测试程序，可以查询显示设备的支持状况，进行基本的显示测试，以及设置显示的模式。
　　编译：$ apt-get install meson ninja-build  $ git clone https://gitlab.freedesktop.org/mesa/drm libdrm  $ cd libdrm  $ meson build/ $ ninja -C build install
　　会生成库文件和测试程序：libkms tests/  # 包含 modetest libdrm.so.2.4.0 libdrm.so.2 libdrm.so
　　用法：// 在 edp 屏上显示测试画面 $ modetest -M rockchip -s 77@54:1920x1080 setting mode 1920x1080-60.00Hz on connectors 77, crtc 54  // 在 hdmi 屏上显示测试画面 $ modetest -M rockchip -s 81@65:1920x1080 setting mode 1920x1080-60.00Hz on connectors 81, crtc 65
　　参数说明：-M  ：用于指定访问哪个 DRM 设备;-s [,][@]:[#][-][@]  ：用于在指定的 pipeline 上以某个 mode 显示某个 pattern 的画面。3、kmscube
　　https://gitlab.freedesktop.org/mesa/kmscube/
　　kmscube 是一个演示程序，用于说明如何在没有 X11、wayland 等 compositor 的情况下编写 bare metal 图形应用。它使用了 DRM/KMS（kernel mode setting）、GBM（graphics buffer manager）和 EGL 来使用 OpenGL 或 OpenGL ES 渲染内容。
　　编译：$ apt-get install meson ninja-build  $ git clone https://gitlab.freedesktop.org/mesa/kmscube/ kmscube  $ cd kmscube  $ meson build/ $ ninja -C build install
　　用法：$ ./kmscube
　　kmscube 运行效果
　　还有很多优秀的开源软件，例如 Wayland 的参考实现 Weston，媒体播放器 Kodi、复古游戏模拟器前端 RetroArch 等，都是我们学习 KMS api 的优秀学习资料，感兴趣的小伙伴可以自行研究一波。
　　到此，KMS api 的基础知识就介绍完毕了，感谢阅读！
　　文章链接：
　　https://mp.weixin.qq.com/s/2Wermbnh4GKEF8RvbdDj4A
　　转载自：老吴嵌入式  ，作者吴伟东Jack
　　文章链接： 对于 Display 框架，我需要了解 KMS api 吗？ | Linux 驱动