20. DRM应用编程–legacy接口

该接口是过时了的DRM编程的应用开发接口， 但是该接口可以增加我们对于DRM的理解， 所以我先以 legacy接口 作为指导， 给大家了解一下DRM编程的具体流程以及DRM的实验， 下一章节再给大家讲述主流的atomic接口。

本小节将以四个实验带你进入DRM应用编程。

参考 《DRM(Direct Rendering Manager)》

本章的示例代码目录为：base_linux/screen/drm/drm-legacy

20.1. 最简单DRM(drm-single)

以下使用伪代码的方式，简单介绍如何编写一个最简单的DRM应用程序。

伪代码：

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    int main(int argc, char **argv)
    {
            //打开drm设备
            open("/dev/dri/card0");

            //获取drm的信息
            drmModeGetResources(...);

            //获取显示模式连接器的信息
            drmModeGetConnector(...);

            //创建dumb缓冲区
            drmIoctl(DRM_IOCTL_MODE_CREATE_DUMB);

            //将缓冲区绑定到FB对象
            drmModeAddFB(...);

            //将缓冲区映射到用户空间，并缓冲区的指针
            drmIoctl(DRM_IOCTL_MODE_MAP_DUMB);
            mmap(...);

            //缓冲区与特定的显示器连接器、显示模式等进行关联
            drmModeSetCrtc(crtc_id, fb_id, connector_id, mode);
    }

详细参考代码如下：

base_linux/screen/drm/drm-legacy/drm-single.c
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#define _GNU_SOURCE
#include <errno.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdbool.h>
#include <stdint.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/mman.h>
#include <time.h>
#include <unistd.h>
#include <xf86drm.h>
#include <xf86drmMode.h>

struct drm_device {
	uint32_t width;			//显示器的宽的像素点数量
	uint32_t height;		//显示器的高的像素点数量
	uint32_t pitch;			//每行占据的字节数
	uint32_t handle;		//drm_mode_create_dumb的返回句柄
	uint32_t size;			//显示器占据的总字节数
	uint32_t *vaddr;		//mmap的首地址
	uint32_t fb_id;			//创建的framebuffer的id号
	struct drm_mode_create_dumb create ;	//创建的dumb
    struct drm_mode_map_dumb map;			//内存映射结构体
};

drmModeConnector *conn;	    //connetor相关的结构体
drmModeRes *res;		    //资源
uint32_t conn_id;           //connetor的id号
uint32_t crtc_id;           //crtc的id号
int fd;					    //文件描述符

#define RED 0XFF0000
#define GREEN 0X00FF00
#define BLUE 0X0000FF

struct drm_device buf;

static int drm_create_fb(struct drm_device *bo)
{
	/* create a dumb-buffer, the pixel format is XRGB888 */
	bo->create.width = bo->width;
	bo->create.height = bo->height;
	bo->create.bpp = 32;

	/* handle, pitch, size will be returned */
	drmIoctl(fd, DRM_IOCTL_MODE_CREATE_DUMB, &bo->create);

	/* bind the dumb-buffer to an FB object */
	bo->pitch = bo->create.pitch;
	bo->size = bo->create.size;
	bo->handle = bo->create.handle;
	drmModeAddFB(fd, bo->width, bo->height, 24, 32, bo->pitch,
			   bo->handle, &bo->fb_id);
	
	//每行占用字节数，共占用字节数，MAP_DUMB的句柄
	printf("pitch = %d ,size = %d, handle = %d \n",bo->pitch,bo->size,bo->handle);

	/* map the dumb-buffer to userspace */
	bo->map.handle = bo->create.handle;
	drmIoctl(fd, DRM_IOCTL_MODE_MAP_DUMB, &bo->map);

	bo->vaddr = mmap(0, bo->create.size, PROT_READ | PROT_WRITE,
			MAP_SHARED, fd, bo->map.offset);

	/* initialize the dumb-buffer with white-color */
	memset(bo->vaddr, 0xff,bo->size);

	return 0;
}

static void drm_destroy_fb(struct drm_device *bo)
{
	struct drm_mode_destroy_dumb destroy = {};
	drmModeRmFB(fd, bo->fb_id);
	munmap(bo->vaddr, bo->size);
	destroy.handle = bo->handle;
	drmIoctl(fd, DRM_IOCTL_MODE_DESTROY_DUMB, &destroy);
}

int drm_init()
{
	//打开drm设备，设备会随设备树的更改而改变,多个设备时，请留一下每个屏幕设备对应的drm设备
	fd = open("/dev/dri/card0", O_RDWR | O_CLOEXEC);
    if(fd < 0){
        printf("wrong\n");
        return 0;
    }

	//获取drm的信息
	res = drmModeGetResources(fd);
	crtc_id = res->crtcs[0];
	conn_id = res->connectors[0];
	//打印CRTCS,以及conneter的id
	printf("crtc = %d , conneter = %d\n",crtc_id,conn_id);

	conn = drmModeGetConnector(fd, conn_id);
	buf.width = conn->modes[0].hdisplay;
	buf.height = conn->modes[0].vdisplay;

	//打印屏幕分辨率
	printf("width = %d , height = %d\n",buf.width,buf.height);

	//创建framebuffer层
	drm_create_fb(&buf);

	//设置CRTCS
	drmModeSetCrtc(fd, crtc_id, buf.fb_id,
			0, 0, &conn_id, 1, &conn->modes[0]);

	return 0;
}

void drm_exit()
{
	drm_destroy_fb(&buf);
	drmModeFreeConnector(conn);
	drmModeFreeResources(res);
	close(fd);
}

int main(int argc, char **argv)
{
	int i;
	drm_init();
	sleep(2);
	//清屏设置颜色
	for(i=0;i<buf.width*buf.height;i++)
		buf.vaddr[i] = 0x123456;

	sleep(2);
	drm_exit();

	exit(0);
}

在main函数中，执行以下操作：

  • 第125行，调用drm_init函数进行初始化。

  • 第128-129行，使用循环将帧缓冲区的所有像素设置为0x123456，即改变屏幕颜色。

  • 第132行，调用drm_exit函数进行清理和退出。

在drm_init函数中，执行以下操作：

  • 第84行，打开DRM设备文件（/dev/dri/card0）。

  • 第91行，调用drmModeGetResources函数获取DRM设备的信息，包括CRTC（Cathode Ray Tube Controller）和连接器（Connector）的ID。

  • 第97行，调用drmModeGetConnector函数获取连接器的详细信息，包括屏幕的分辨率。

  • 第105行，调用drm_create_fb函数创建帧缓冲区。

  • 第108行，调用drmModeSetCrtc函数将帧缓冲区与CRTC关联。

在drm_create_fb函数中，执行以下操作：

  • 第41-44行，设置帧缓冲区的宽度、高度和像素格式。

  • 第47行，调用drmIoctl函数并传入DRM_IOCTL_MODE_CREATE_DUMB命令，创建一个dumb缓冲区。该函数会返回缓冲区的句柄、偏移量、行字节数等信息。

  • 第53行，使用drmModeAddFB函数将dumb缓冲区绑定到一个帧缓冲对象（Frame Buffer Object，FBO）上，并获取帧缓冲区的ID。

  • 第61行，调用drmIoctl函数并传入DRM_IOCTL_MODE_MAP_DUMB命令，将dumb缓冲区映射到用户空间。通过mmap函数获取缓冲区的指针。

  • 第67行，使用memset函数将帧缓冲区初始化为白色。

20.1.1. 详细代码分析

总体而言，四步就可以初始化drm的最小显示程序：

  1. 打开设备。

  2. 获取crtc_id,connector_id,以及它们的结构体信息。

  3. 创建Framebuffer。

  4. 设置CRTC。

初始化
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int drm_init()
{
	//打开drm设备，设备会随设备树的更改而改变,多个设备时，请留一下每个屏幕设备对应的drm设备
	fd = open("/dev/dri/card0", O_RDWR | O_CLOEXEC);
    if(fd < 0){
        printf("wrong\n");
        return 0;
    }

	//获取drm的信息
	res = drmModeGetResources(fd);
	crtc_id = res->crtcs[0];
	conn_id = res->connectors[0];
	//打印CRTCS,以及conneter的id
	printf("crtc = %d , conneter = %d\n",crtc_id,conn_id);

	conn = drmModeGetConnector(fd, conn_id);
	buf.width = conn->modes[0].hdisplay;
	buf.height = conn->modes[0].vdisplay;

	//打印屏幕分辨率
	printf("width = %d , height = %d\n",buf.width,buf.height);

	//创建framebuffer层
	drm_create_fb(&buf);

	//设置CRTCS
	drmModeSetCrtc(fd, crtc_id, buf.fb_id,
			0, 0, &conn_id, 1, &conn->modes[0]);

	return 0;
}

  • 第6-11行，打开设备，drm设备的位置在/dev/dri/cardx,如果被占用无法打开会报错。

除了上述的打开方式还可以使用专用的drm设备打开函数，我们使用的是rockchip的芯片并且使用官方的驱动，所以使用”rockchip”。

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fd = drmOpen("rockchip", NULL);
if (fd < 0) {
   printf("failed to open rockchip drm\n");
   return fd;
}

//这是modetest程序里的设备匹配表
static const char * const modules[] = {
   "i915" , "amdgpu" , "radeon" , "nouveau" ,
   "vmwgfx" , "omapdrm" , "exynos" , "tilcdc",
   "msm" , "sti" , "tegra" , "imx-drm",
   "rockchip" , "atmel-hlcdc" , "fsl-dcu-drm",
   "vc4" , "virtio_gpu" , "mediatek" , "meson",
   "pl111" , "stm" , "sun4i-drm",
};

  • 第10-15行，获取drm的资源，获取并打印CRTC和connector的id号。

res是一个指向drmModeRes结构体的指针，drmModeRes结构体原型如下：

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//drmModeRes结构体原型
typedef struct _drmModeRes {

     int count_fbs;          //framebuffer的数量
     uint32_t *fbs;

     int count_crtcs;        //crtcs的数量
     uint32_t *crtcs;

     int count_connectors;   //connectors的数量
     uint32_t *connectors;

     int count_encoders;     //encodersr的数量
     uint32_t *encoders;

     uint32_t min_width, max_width;      //最小宽度和最大宽度
     uint32_t min_height, max_height;    //最小高度和最大高度

} drmModeRes, *drmModeResPtr;

  • 第17-22行，通过connectors的id获取connector的资源， 将屏幕的宽度和高度记录在结构体中，并将其打印。

res是一个指向drmModeConnector结构体的指针，drmModeConnector结构体原型如下：

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//conn结构体原型
typedef struct _drmModeConnector {
        uint32_t connector_id;              //自身的id
        uint32_t encoder_id;                //相连接的encoder_id
        uint32_t connector_type;
        uint32_t connector_type_id;
        drmModeConnection connection;       //connector的连接信息枚举
        uint32_t mmWidth, mmHeight;         /**< HxW in millimeters */
        drmModeSubPixel subpixel;           //子像素枚举

        int count_modes;                    //模式数量
        drmModeModeInfoPtr modes;           //存放分辨率，时序，时钟等信息的指针

        int count_props;                    //atomic模式使用的
        uint32_t *props; /**< List of property ids */
        uint64_t *prop_values; /**< List of property values */

        int count_encoders;                 //encoder的数量
        uint32_t *encoders;/**< List of encoder ids */
} drmModeConnector, *drmModeConnectorPtr;

//上文的modes指针
typedef struct _drmModeModeInfo {
    uint32_t clock;     //时钟信息，这里是mipi屏的时钟，单位KHz
    //hdisplay 宽分辨率，vdisplay 高分辨率，其他则为屏幕的timing
    uint16_t hdisplay, hsync_start, hsync_end, htotal, hskew;
    uint16_t vdisplay, vsync_start, vsync_end, vtotal, vscan;

    uint32_t vrefresh;  //屏幕刷新率

    uint32_t flags;
    uint32_t type;
    char name[DRM_DISPLAY_MODE_LEN];    //显示模式名字
} drmModeModeInfo, *drmModeModeInfoPtr;

//如果hdmi支持多种模式，就会有多个modes与之对应

  • 第24-26行：创建framebuffer，并mmap到用户内存上，后面详细讲解

  • 第27-30行：设置CRTCS，在这一步我们就可以在屏幕上看到东西了

framebuffer与crtc的关系图

未找到图片

drmModeSetCrtc函数原型：

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int drmModeSetCrtc(int fd, uint32_t crtcId, uint32_t bufferId,
                uint32_t x, uint32_t y, uint32_t *connectors, int count,
                drmModeModeInfoPtr mode);

  1. fd:文件描述符。

  2. crtcId:要配置的crtc-id号。

  3. bufferId:要配置的framebuffer-id号。

  4. x:x轴偏移量，设置偏移量就可以显示framebuffer的其他区域。

  5. y:y轴偏移量，设置偏移量就可以显示framebuffer的其他区域。

  6. connectors:要连接的connectors-id号。

  7. count:connector_count。

  8. mode:想要使用的模式。

初始化就完成了，之后就可以通过framebuffer操作屏幕了。

创建framebuffer部分说明如下：

创建framebuffer
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struct drm_device {

	struct drm_mode_create_dumb create ;	//创建的dumb
    struct drm_mode_map_dumb map;			//内存映射结构体

};

static int drm_create_fb(struct drm_device *bo)
{
	/* create a dumb-buffer, the pixel format is XRGB888 */
	bo->create.width = bo->width;
	bo->create.height = bo->height;
	bo->create.bpp = 32;

	/* handle, pitch, size will be returned */
	drmIoctl(fd, DRM_IOCTL_MODE_CREATE_DUMB, &bo->create);

	/* bind the dumb-buffer to an FB object */
	bo->pitch = bo->create.pitch;
	bo->size = bo->create.size;
	bo->handle = bo->create.handle;
	drmModeAddFB(fd, bo->width, bo->height, 24, 32, bo->pitch,
			   bo->handle, &bo->fb_id);
	
	//每行占用字节数，共占用字节数，MAP_DUMB的句柄
	printf("pitch = %d ,size = %d, handle = %d \n",bo->pitch,bo->size,bo->handle);

	/* map the dumb-buffer to userspace */
	bo->map.handle = bo->create.handle;
	drmIoctl(fd, DRM_IOCTL_MODE_MAP_DUMB, &bo->map);

	bo->vaddr = mmap(0, bo->create.size, PROT_READ | PROT_WRITE,
			MAP_SHARED, fd, bo->map.offset);

	/* initialize the dumb-buffer with white-color */
	memset(bo->vaddr, 0xff,bo->size);

	return 0;
}

  • 第3行, drm_mode_create_dumb 结构体用于构建framebuffer的属性。

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//结构体原型
struct drm_mode_create_dumb {
        __u32 height;        //高占用的像素点
        __u32 width;         //宽占用的像素点
        __u32 bpp;           //每个像素的位数
        __u32 flags;
   //下面的参数，创建之后会返回
        /* handle, pitch, size will be returned */
        __u32 handle;        //用于mmap
        __u32 pitch;         //每行字节数
        __u64 size;          //总字节数
};

  • 第4行：drm_mode_map_dumb 用于构建mmap内存区域。

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/* set up for mmap of a dumb scanout buffer */
struct drm_mode_map_dumb {
   /** Handle for the object being mapped. */
   __u32 handle;
   __u32 pad;
   /**
   * Fake offset to use for subsequent mmap call
   *
   * This is a fixed-size type for 32/64 compatibility.
   */
   __u64 offset;
};

  • 第10-14行，构建framebuffer的大小属性， 本次实验把framebuffer的大小构建成和显示区域一样的大小， 可以更改数值以构建更大的framebuffer属性。

  • 第15-16行，提交创建的属性，如果通过就会返回drm_mode_create_dumb的其他属性。

  • 第18-21行，将返回的属性值传入到全局变量 drm_device 中。

  • 第22-23行，创建Framebuffer。

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//函数原型及衍生
/* Creates a new framebuffer with an buffer object as its scanout buffer.*/
extern int drmModeAddFB(int fd, uint32_t width, uint32_t height, uint8_t depth,
                     uint8_t bpp, uint32_t pitch, uint32_t bo_handle,uint32_t *buf_id);
/* ...with a specific pixel format */
extern 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);
extern drmModeFBPtr drmModeGetFB(int fd, uint32_t bufferId);

这里，我们主要讲述 drmModeAddFB 函数，其他函数可以自行阅读源码进行理解。

drmModeAddFB 函数分析：

  1. fd：文件描述符。

  2. width：framebuffer宽的像素点数量。

  3. height：framebuffer高的像素点数量。

  4. depth：framebuffer每个像素的实际位数，三个字节-RGB888。

  5. bpp：每个像素的占用的位数，四个字节-XRGB8888。

  6. pitch：每行占用的字节数：720x4。

  7. bo_handle：上文中创建dumb的返回值。

  8. buf_id：framebuffer的id号，以指针的形式传入，函数成功后，返回数值。

drmModeAddFB2 函数：创建特殊格式的framebuffer，例如YUV，C8格式。

drmModeGetFB 函数：获取framebuffer的资源。

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//结构体原型
typedef struct _drmModeFB {
   uint32_t fb_id;
   uint32_t width, height;
   uint32_t pitch;
   uint32_t bpp;
   uint32_t depth;
   /* driver specific handle */
   uint32_t handle;
} drmModeFB, *drmModeFBPtr;

  • 第28-34行：设置mmap,映射framebuffer的内存区域到用户空间里。

  • 第36行:将framebuffer区域全部变成白色。

经过这几步，就成功创建framebuffer并映射到用户空间中，供用户使用。

  1. 构建framebuffer区域的属性，创建dumb。

  2. 根据属性创建framebuffer。

  3. 根据句柄，映射framebuffer到用户空间。

注销drm
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void drm_exit()
{
	drm_destroy_fb(&buf);
	drmModeFreeConnector(conn);
	drmModeFreeResources(res);
	close(fd);
}

static void drm_destroy_fb(struct drm_device *bo)
{
	struct drm_mode_destroy_dumb destroy = {};
	drmModeRmFB(fd, bo->fb_id);
	munmap(bo->vaddr, bo->size);
	destroy.handle = bo->handle;
	drmIoctl(fd, DRM_IOCTL_MODE_DESTROY_DUMB, &destroy);
}

注销drm的函数比较简单，只需以下几步：

  1. 删除framebuffer，取消内存的映射，摧毁dumb。

  2. 释放connector资源。

  3. 释放resource资源。

  4. 关闭文件描述符。

20.1.2. 编译

进入lubancat_rk_code_storage/base_linux/screen/drm/drm-legacy/drm-single目录。

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 #编译
 make

方法2：

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#编译
gcc -o drm-single drm-single.c `pkg-config --cflags libdrm` `pkg-config --libs libdrm`

20.1.3. 运行

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2
#运行
./drm-single

现象如下：

屏幕先变白后变蓝，然后程序退出后屏幕变为黑屏。而在终端中可以看到程序输出了屏幕的crtc的id以及conneter的id、分辨率、每行的字节数以及总字节数。

20.2. 双缓冲DRM(drm-double.c)

双缓冲的原理是改变CRTC的扫描内存的位置。

20.2.1. 单framebuffer双缓冲

  • 创建一个两倍于显示区域的framebuffer，通过改变偏移量进行帧的切换，扫完一帧后就切换另一帧显示。

未找到图片
代码位置
1
base_linux/screen/drm/drm-legacy/drm-double-one-fb/drm-double-one-fb.c

20.2.2. 编译

方法1：

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 #编译
 make

方法2：

1
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#编译
gcc -o drm-double-one-fb drm-double-one-fb.c `pkg-config --cflags libdrm` `pkg-config --libs libdrm`

20.2.3. 运行

1
    ./drm-double-one-fb

现象：

  1. 屏幕变红

  2. 按下按键

  3. 屏幕变蓝

  4. 按下按键

  5. 屏幕变红

  6. 按下按键

  7. 退出程序

由于大致操作与最小程序差不多，这里我只讲与最小程序之间的差异。

创建framebuffer
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static int drm_create_fb(struct drm_device *bo)
{
	/* create a dumb-buffer, the pixel format is XRGB888 */
	bo->create.width = bo->width;
	bo->create.height = bo->height*2;
	bo->create.bpp = 32;

	/* handle, pitch, size will be returned */
	drmIoctl(fd, DRM_IOCTL_MODE_CREATE_DUMB, &bo->create);

	/* bind the dumb-buffer to an FB object */
	bo->pitch = bo->create.pitch;
	bo->size = bo->create.size;
	bo->handle = bo->create.handle;
	drmModeAddFB(fd, bo->width, bo->height*2, 24, 32, bo->pitch,
			   bo->handle, &bo->fb_id);
	
	//每行占用字节数，共占用字节数，MAP_DUMB的句柄
	printf("pitch = %d ,size = %d, handle = %d \n",bo->pitch,bo->size,bo->handle);

	/* map the dumb-buffer to userspace */
	bo->map.handle = bo->create.handle;
	drmIoctl(fd, DRM_IOCTL_MODE_MAP_DUMB, &bo->map);

	bo->vaddr = mmap(0, bo->create.size, PROT_READ | PROT_WRITE,
			MAP_SHARED, fd, bo->map.offset);

	/* initialize the dumb-buffer with white-color */
	memset(bo->vaddr, 0x00,bo->size);

	return 0;
}

与原操作不同的是

  • 第5行，我把dumb的高度扩大一倍。

  • 第15行，在创建framebuffer的时候，我把高度扩展一倍。

  • 这时，得到的framebuffer是上一个实验的framebuffer大小的两倍。

main函数
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int main(int argc, char **argv)
{
	int i;
	int size;
	drm_init();
	size = buf.width*buf.height;
	//buffer上层布满红色
	for(i=0;i<size;i++)
		buf.vaddr[i] = RED;
	//buffer下层布满蓝色
	for(i=size;i<size*2;i++)
		buf.vaddr[i] = BLUE;

	//输入字符
	getchar();
	//切换buffer下层
	drmModeSetCrtc(fd, crtc_id, buf.fb_id,
			0, 1080, &conn_id, 1, &conn->modes[0]);
	//注意根据实际修改1080这个参数，为当前测试屏幕height，如果是1024*600的屏幕，就将1080修改为600.	

	//输入字符
	getchar();
	//切换buffer上层
	drmModeSetCrtc(fd, crtc_id, buf.fb_id,
			0, 0, &conn_id, 1, &conn->modes[0]);
	//输入字符
	getchar();

	drm_exit();

  • 切换的操作使用drmModeSetCrtc()函数， 该函数可以使用偏移量将framebuffer向下移动一个显示区域的大小 这样，屏幕就会显示出不一样的内容。

20.2.4. 多framebuffer双缓冲

  • 创建两个framebuffer，通过切换framebuffer来进行双缓冲的显示。

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代码位置
1
base_linux/screen/drm/drm-legacy/drm-double-muti-fb/drm-double-muti-fb.c

20.2.5. 编译

方法1：

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 #编译
 make

方法2：

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#编译
gcc -o drm-double-muti-fb drm-double-muti-fb.c `pkg-config --cflags libdrm` `pkg-config --libs libdrm`

20.2.6. 运行

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    ./drm-double-muti-fb

现象：

  1. 屏幕变红

  2. 按下按键

  3. 屏幕变蓝

  4. 按下按键

  5. 屏幕变红

  6. 按下按键

  7. 退出程序

由于大致操作与最小程序差不多，这里我只讲与最小程序之间的差异。

drm初始化
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struct drm_device buf[2];

int drm_init()
{
	//打开drm设备，设备会随设备树的更改而改变,多个设备时，请留一下每个屏幕设备对应的drm设备
	fd = open("/dev/dri/card0", O_RDWR | O_CLOEXEC);
    if(fd < 0){
        printf("wrong\n");
        return 0;
    }

	//获取drm的信息
	res = drmModeGetResources(fd);
	crtc_id = res->crtcs[0];
	conn_id = res->connectors[0];
	//打印CRTCS,以及conneter的id
	printf("crtc = %d , conneter = %d\n",crtc_id,conn_id);

	conn = drmModeGetConnector(fd, conn_id);
	buf[0].width = conn->modes[0].hdisplay;
	buf[0].height = conn->modes[0].vdisplay;

	buf[1].width = conn->modes[0].hdisplay;
	buf[1].height = conn->modes[0].vdisplay;

	//打印屏幕分辨率
	printf("width = %d , height = %d\n",buf[0].width,buf[0].height);

	//创建framebuffer层
	drm_create_fb(&buf[0]);
	drm_create_fb(&buf[1]);

	//设置CRTCS
	drmModeSetCrtc(fd, crtc_id, buf[0].fb_id,
			0, 0, &conn_id, 1, &conn->modes[0]);

	return 0;
}

  • 第1行，定义里两个结构体，他们分别存放framebuffer信息

  • 第20-24行，分别获取分辨率

  • 第29-31，分别设置framebuffer，并将他们的内存映射到用户空间内

  • 第33-36行，将屏幕设置成buf[0]的数据;

main函数
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int main(int argc, char **argv)
{
	int i;
	int size0,size1;
	drm_init();
	size0 = buf[0].width*buf[0].height;
	size1 = buf[1].width*buf[1].height;
	//buffer上层布满红色
	for(i=0;i<size0;i++)
		buf[0].vaddr[i] = RED;
	//buffer下层布满蓝色
	for(i=0;i<size1;i++)
		buf[1].vaddr[i] = BLUE;
	
	drmModeSetCrtc(fd, crtc_id, buf[0].fb_id,
		0, 0, &conn_id, 1, &conn->modes[0]);

	//输入字符
	getchar();
	//切换buffer下层
	drmModeSetCrtc(fd, crtc_id, buf[1].fb_id,
			0, 0, &conn_id, 1, &conn->modes[0]);
	//输入字符
	getchar();
	//切换buffer上层
	drmModeSetCrtc(fd, crtc_id, buf[0].fb_id,
			0, 0, &conn_id, 1, &conn->modes[0]);
	//输入字符
	getchar();

	drm_exit();

	exit(0);
}

  • 可以看到与单framebuffer相比，格式几乎一模一样， 最大的区别是传入的fb_id以及没有偏移量的产生， 即操作传入的fb_id就可以操作屏幕

20.2.7. 小总结

这两个方法各有各的好处， 单framebuffer简单，写起来更快捷，适合于图像简单的场景， 多framebuffer复杂，但是扩展性更强，在多framebuffer的情况下， 可以单独扩展每个framebuffer的大小，适合图像比较复杂的场景。

20.3. 页翻转

drmModePageFlip()的功能和drmModeSetCrtc()一样是用于更新显示内容的， 但是它和drmModeSetCrtc()最大的区别在于， drmModePageFlip()只会等到VSYNC到来后才会真正执行framebuffer切换动作， 而drmModeSetCrtc()则会立即执行framebuffer切换动作。 drmModeSetCrtc()对于某些硬件来说，很容易造成撕裂（tear effect）问题， 而drmModePageFlip()则不会造成这种问题。

由于drmModePageFlip()本身是基于VSYNC事件机制的，因此底层DRM驱动必须支持VBLANK事件。

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20.3.1. 页翻转实验

代码位置
1
base_linux/screen/drm/drm-legacy/drm-page-flip/drm-page-flip.c

20.3.2. 编译

方法1：

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 #编译
 make

方法2：

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#编译
gcc -o drm-page-flip drm-page-flip.c `pkg-config --cflags libdrm` `pkg-config --libs libdrm`

20.3.3. 运行

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    ./drm-page-flip

现象：

  1. 屏幕变红

  2. 按下按键

  3. 屏幕变蓝

  4. 按下按键

  5. 屏幕变红

  6. 按下按键

  7. 退出程序

20.3.4. 程序分析：

main函数
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static void drm_page_flip_handler(int fd, uint32_t frame,
				    uint32_t sec, uint32_t usec,
				    void *data)
{
	static int i = 0;
	uint32_t crtc_id = *(uint32_t *)data;

	if(i==0)
		i=1;
	else
		i=0;
  
	drmModePageFlip(fd, crtc_id, buf[i].fb_id,
			DRM_MODE_PAGE_FLIP_EVENT, data);
}

int main(int argc, char **argv)
{
	int i;
	int size0,size1;
	ev.version = DRM_EVENT_CONTEXT_VERSION;
	ev.page_flip_handler = drm_page_flip_handler;

	drm_init();
	size0 = buf[0].width*buf[0].height;
	size1 = buf[1].width*buf[1].height;
	//buffer1布满红色
	for(i=0;i<size0;i++)
		buf[0].vaddr[i] = RED;
	//buffer2布满蓝色
	for(i=0;i<size1;i++)
		buf[1].vaddr[i] = BLUE;
	
	drmModePageFlip(fd, crtc_id, buf[0].fb_id,
			DRM_MODE_PAGE_FLIP_EVENT, &crtc_id);
	//输入字符
	getchar();
	//切换buffer2
	drmHandleEvent(fd, &ev);
	//输入字符
	getchar();
	//切换buffer1
	drmHandleEvent(fd, &ev);
	//输入字符
	getchar();

	drm_exit();

	exit(0);
}

该实验与多framebuffer双缓冲的结构差不多，现在我来讲述实验中不一样的地方：

  • 首先需要先定义 drmEventContext,然后设置 ev.version 和 ev.drm_page_flip_handler 。

  • 当运行 drmHandleEvent(fd, &ev); 时，就会出触发 drm_page_flip_handler() 函数,进行页翻转。

drmModePageFlip函数原型：

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//函数原型
int drmModePageFlip ( int fd, uint32_t crtc_id, uint32_t fb_id, uint32_t flags, void * user_data )

  1. fd:打开的DRM设备的文件描述符。

  2. crtc_id:CRTC要修改framebuffer的CRTC ID。

  3. fb_id:Framebuffer要显示的Framebuffer ID。

  4. flags:影响操作的标志。支持的值是: DRM_MODE_PAGE_FLIP_ASYNC :立即翻转，而不是vblank, DRM_MODE_PAGE_FLIP_EVENT :发送翻页事件

  5. user_data:如果请求vblank事件，则页面翻转处理程序使用的数据。

20.4. drm-planes

Planes有个非常强的特性：支持多个plane叠加，图层可以自由的剪裁，拉伸以及合成。

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LubanCat2系列支持双屏异显， 而LubanCat-Zero和LubanCat-1系列仅支持单个屏幕显示， 它们的HDMI和mipi接口的CRTC都具有三个图层， 一个PRIMARY图层，两个OVERLAY图层， 如果想要设置鼠标图层，可以按照下列操作：

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注意

LubanCatQ1系列仅支持HDMI显示

20.4.1. drm-planes实验

本实验基于最简单DRM(drm-single)进行编写，对其进行部分修改而成。

代码位置
1
base_linux/screen/drm/drm-legacy/drm-planes/drm-planes.c

20.4.2. 编译

方法1：

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 #编译
 make

方法2：

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#编译
gcc -o drm-planes drm-planes.c `pkg-config --cflags libdrm` `pkg-config --libs libdrm`

20.4.3. 运行

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    ./drm-planes

实验现象：

  • ./drm-planes

  • 按下按键

  • 屏幕显示红绿蓝三条横

未找到图片 未找到图片

20.4.4. 程序分析：

新增初始化代码
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drmModePlaneRes *plane_res;//图层资源
uint32_t plane_id[3];   //图层id数组

	drmSetClientCap(fd, DRM_CLIENT_CAP_UNIVERSAL_PLANES, 1);
	plane_res = drmModeGetPlaneResources(fd);
	printf("count_planes = %d\n",plane_res-> count_planes);
	for(i=0;i<3;i++){
		plane_id[i] = plane_res->planes[i];
		printf("planes[%d]= %d\n",i,plane_id[i]);
	}

drmModePlaneRes 结构体原型:

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typedef struct _drmModePlaneRes {
     uint32_t count_planes;  //planes的数量
     uint32_t *planes;       //指向planes-id数组的结构体指针
} drmModePlaneRes, *drmModePlaneResPtr;

  • drmSetClientCap(fd, DRM_CLIENT_CAP_UNIVERSAL_PLANES, 1); 设置这个的话，可以让DRM的核心驱动程序（DRM CORE）暴露所有的planes到用户空间里，即开了这个我们才可以操作planes。

  • 第5-10行：获取planes的资源，并将所有的图层id储存到数组中，打印出来。

main函数
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int main(int argc, char **argv)
{
	int i;
	int j = 0;
	drm_init();

	//显示三色
	for(j=0;j<3;j++){
		for(i =j*buf.width*buf.height/3;i< (j+1)*buf.width*buf.height/3;i++)
			buf.vaddr[i] = color_table[j];
	}

	getchar();
	//将framebuffer上2/3的区域放到图层一上，
	//此时屏幕改变，将的framebuffer区域拉伸到整个屏幕中
	drmModeSetPlane(fd, plane_id[0], crtc_id, buf.fb_id, 0,
			0, 0, buf.width, buf.height,
			0 << 16, 0 << 16, buf.width << 16, buf.height/3*2 << 16);

	getchar();
	//将framebuffer区域缩放一倍放到图层二上，把图层二的位置放到屏幕的下方
	//叠加在图层一上，可以看到图层二覆盖了图层一的部分区域
	drmModeSetPlane(fd, plane_id[1], crtc_id, buf.fb_id, 0,
			buf.width/4, buf.height/2, buf.width/2, buf.height/2,
			0 << 16, 0 << 16, buf.width << 16, buf.height << 16);

	getchar();

	drm_exit();
	
	exit(0);
}

  • drmModeSetPlane(); 函数原型：

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extern int drmModeSetPlane(int fd, uint32_t plane_id, uint32_t crtc_id,
                        uint32_t fb_id, uint32_t flags,
                        int32_t crtc_x, int32_t crtc_y,
                        uint32_t crtc_w, uint32_t crtc_h,
                        uint32_t src_x, uint32_t src_y,
                        uint32_t src_w, uint32_t src_h);

里面的参数可以对照下图：

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上图就是把帽子通过上面的函数，把帽子叠加到图像中去

ret = drmModeSetPlane( fd, plane_id, crtc_id, fb_id, flags,crtc_x, crtc_y,crtc_w, crtc_h, src_x << 16, src_y <<16, src_w<<16, src_h<<16);

上述函数可以对照上图的移动。

  • 第17-20行：将framebuffer(0,0)开始截取上面三分之二的矩形拉伸到整个屏幕中

  • 第22-26行：将整个framebuffer缩小一倍放到图层二的下半部分的中间，然后显示图层二（显示会覆盖图层一）

  • 当 SRC 与 CRTC 的 X/Y 不相等时，则实现了平移的效果；

  • 当 SRC 与 CRTC 的 W/H 不相等时，则实现了缩放和拉伸的效果；

  • 当 SRC 与 FrameBuffer 的 W/H 不相等时，则实现了裁剪的效果

20.5. legacy接口函数

在前面我们使用过的legacy接口有下列：

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drmModeSetCrtc();
drmModeSetPlane();

  • 两个函数具有一定的重合性，部分功能两个都可以同时起作用。

  • 在drm驱动激活时，framebuffer会与PRIMARY Planes绑定在一起， drmModeSetCrtc()可以直接通过操作framebuffer， 而不用通过设置Planes达到显示的效果。

  • drmModeSetPlane()则是更正规的操作Planes的函数。

  • 在双缓冲设计，我们同样可以像drmModeSetCrtc()操作那样去使用drmModeSetPlane()来构建双缓冲， 图像大小一致设置偏移量或者切换buffer。

20.6. 总结

DRM应用编程–legacy接口的框架基于最简单DRM(drm-single)的实验， 其他的操作也是在最简单DRM(drm-single)的实验的框架上进行修改， 步骤：

  1. 打开设备(两种方法)。

  2. 创建page-flip-handle (page-flip中使用)。

  3. 获取plane资源 (planes中使用)。

  4. 获取drm的资源，包括crtcs和connecter位号。

  5. 获取connecter的基本信息，高和宽的像素点。

  6. 创建framebuffer，创建mmap区, 双缓冲drm需要额外配置framebuffer 。

  7. 设置CRTCS 或 page-flip 。

  8. 设置plane资源 (planes中使用)。

  9. 操作屏幕。

20.7. 双屏异显

rk3568的双屏异显和多屏异显时Planes的设置会有些奇怪。

开启三个屏幕时的分配：

  1. VP0–》 HDMI 可插拔 -》 二

  2. VP1–》 MIPI 主屏幕 -》 三

  3. VP2–》 DP转VGA，可插拔 -》 一

当我们打开了双屏异显时，这里以同时打开HDMI和MIPI屏为例：

  • 通过设置 drminit() 中的 crtc_id = res->crtcs[0]; 该函数为获取HDMI的CRTC

  • 通过设置 drminit() 中的 crtc_id = res->crtcs[1]; 该函数为获取MIPI屏幕的CRTC

planes的设置需要多几步：

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//获取所有的planes资源
     plane_res = drmModeGetPlaneResources(fd);
     for(i=0;i<plane_res->count_planes;i++){
             plane_id[i] = plane_res->planes[i];
     }

planes的绑定信息，需要我们使用函数来获取：

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//通过plane_id获取drmModePlanePtr的资源
extern drmModePlanePtr drmModeGetPlane(int fd, uint32_t plane_id);

typedef struct _drmModePlane {
        uint32_t count_formats;       //格式数量
        uint32_t *formats;            //格式指针
        uint32_t plane_id;

        uint32_t crtc_id;             //绑定的crtc_id
        uint32_t fb_id;               //绑定的crtc_id

        uint32_t crtc_x, crtc_y;
        uint32_t x, y;

        uint32_t possible_crtcs;      //可能绑定的crtc_id
        uint32_t gamma_size;
} drmModePlane, *drmModePlanePtr;

  • 在RK系列中由于图层是可变的，除了PRIMARY_PLANE可以从crtc_id中得到

  • 其他图层需要possible_crtcs中获得，possible_crtcs =1 –》 HDMI , possible_crtcs =1 –》 MIPI

因此在操作图层时需要知道哪个CRTC对应哪些Planes。

这里直接提供答案：

  1. HDMI -》 plane_id[0],plane_id[2],plane_id[5]

  2. MIPI -》 plane_id[1],plane_id[3],plane_id[4]

我们设置图层时既可以依据上方来进行。