DRM系列六：Drm之KMS

KMS（Kernel Mode Setting）是负责显示输出的核心组件，它处理与plane、crtc、encoder和connector相关的各项任务。简单来说，KMS就是结构体drm_mode_config、drm_mode_object和组件（object）的结合。

KMS=drm_mode_config + drm_mode_object + 组件（object）

一、drm_mode_config、drm_mode_object和组件（object）的关系

object是由drm_mode_object描述，通过type来确定对象类型，由 dev->mode_config.object_idr 申请过来的 idr来获取object的id。

struct drm_mode_object {
    uint32_t id;  // 由 dev->mode_config.object_idr 申请过来的 idr, 本质是查找object的索引
    uint32_t type;  // obj 类型, 不同的 type 表示不同的对象.
    struct drm_object_properties *properties; // 最多支持 24 个 properties
    struct kref refcount;
    void (*free_cb)(struct kref *kref);  // 释放回调接口
};

drm_mode_config、drm_mode_object以及object的关系如下图所示：

二、代码中组件间的联系

2内核驱动中的初始化

/* 初始化 DRM 设备*/
drm_mode_config_init(dev);

/* 注册 CRTC*/
dev->mode_config.funcs = &my_crtc_funcs;
drm_crtc_init(dev, &my_crtc, &my_crtc_helper_funcs);

/* 注册 Encoder*/
drm_encoder_init(dev, &my_encoder, &my_encoder_funcs, DRM_MODE_ENCODER_TMDS);

/* 注册 Connector*/
drm_connector_init(dev, &my_connector, &my_connector_funcs, DRM_MODE_CONNECTOR_HDMIA);

/* 注册 Plane*/
drm_plane_init(dev, &my_plane, DRM_PLANE_TYPE_PRIMARY);

2.1drm_mode_config_init

作用主要是初始化 drm_device->mode_config 结构体和设置资源管理机制，确保资源能够自动释放。

static inline int drm_mode_config_init(struct drm_device *dev)
{
	return drmm_mode_config_init(dev);
}

int drmm_mode_config_init(struct drm_device *dev)
{
	mutex_init(&dev->mode_config.mutex);
	drm_modeset_lock_init(&dev->mode_config.connection_mutex);
	mutex_init(&dev->mode_config.idr_mutex);
	mutex_init(&dev->mode_config.fb_lock);
	mutex_init(&dev->mode_config.blob_lock);
	INIT_LIST_HEAD(&dev->mode_config.fb_list);
	INIT_LIST_HEAD(&dev->mode_config.crtc_list);
	INIT_LIST_HEAD(&dev->mode_config.connector_list);
	INIT_LIST_HEAD(&dev->mode_config.encoder_list);
	INIT_LIST_HEAD(&dev->mode_config.property_list);
	INIT_LIST_HEAD(&dev->mode_config.property_blob_list);
	INIT_LIST_HEAD(&dev->mode_config.plane_list);
	INIT_LIST_HEAD(&dev->mode_config.privobj_list);
	idr_init(&dev->mode_config.object_idr);
	idr_init(&dev->mode_config.tile_idr);
	ida_init(&dev->mode_config.connector_ida);
	spin_lock_init(&dev->mode_config.connector_list_lock);

	init_llist_head(&dev->mode_config.connector_free_list);
	INIT_WORK(&dev->mode_config.connector_free_work, drm_connector_free_work_fn);

	drm_mode_create_standard_properties(dev);

	/* Just to be sure */
	dev->mode_config.num_fb = 0;
	dev->mode_config.num_connector = 0;
	dev->mode_config.num_crtc = 0;
	dev->mode_config.num_encoder = 0;
	dev->mode_config.num_total_plane = 0;

	if (IS_ENABLED(CONFIG_LOCKDEP)) {
		struct drm_modeset_acquire_ctx modeset_ctx;
		struct ww_acquire_ctx resv_ctx;
		struct dma_resv resv;
		int ret;

		dma_resv_init(&resv);

		drm_modeset_acquire_init(&modeset_ctx, 0);
		ret = drm_modeset_lock(&dev->mode_config.connection_mutex,
				       &modeset_ctx);
		if (ret == -EDEADLK)
			ret = drm_modeset_backoff(&modeset_ctx);

		ww_acquire_init(&resv_ctx, &reservation_ww_class);
		ret = dma_resv_lock(&resv, &resv_ctx);
		if (ret == -EDEADLK)
			dma_resv_lock_slow(&resv, &resv_ctx);

		dma_resv_unlock(&resv);
		ww_acquire_fini(&resv_ctx);

		drm_modeset_drop_locks(&modeset_ctx);
		drm_modeset_acquire_fini(&modeset_ctx);
		dma_resv_fini(&resv);
	}

	return drmm_add_action_or_reset(dev, drm_mode_config_init_release,
					NULL);
}

2.1.1drm_mode_create_standard_properties

作用是提供一组通用的属性接口，方便用户空间程序和内核驱动之间的交互，属性通常有blob、range、enum、object等，例如属性enum的“SRC_W”，“SRC_H”等。

static int drm_mode_create_standard_properties(struct drm_device *dev)
{
	struct drm_property *prop;
	int ret;

	ret = drm_connector_create_standard_properties(dev);
	if (ret)
		return ret;

	prop = drm_property_create_enum(dev, DRM_MODE_PROP_IMMUTABLE,
					"type", drm_plane_type_enum_list,
					ARRAY_SIZE(drm_plane_type_enum_list));
	if (!prop)
		return -ENOMEM;
	dev->mode_config.plane_type_property = prop;

	prop = drm_property_create_range(dev, DRM_MODE_PROP_ATOMIC,
			"SRC_X", 0, UINT_MAX);
	if (!prop)
		return -ENOMEM;
	dev->mode_config.prop_src_x = prop;

	prop = drm_property_create_range(dev, DRM_MODE_PROP_ATOMIC,
			"SRC_Y", 0, UINT_MAX);
	if (!prop)
		return -ENOMEM;
	dev->mode_config.prop_src_y = prop;

	prop = drm_property_create_range(dev, DRM_MODE_PROP_ATOMIC,
			"SRC_W", 0, UINT_MAX);
	if (!prop)
		return -ENOMEM;
	dev->mode_config.prop_src_w = prop;

	prop = drm_property_create_range(dev, DRM_MODE_PROP_ATOMIC,
			"SRC_H", 0, UINT_MAX);
	if (!prop)
		return -ENOMEM;
	dev->mode_config.prop_src_h = prop;
	...
	}

2.2组件之间的关联

组件之间的关联通过以下方式建立

CRTC 和 Encoder：

drm_mode_connector_attach_encoder(&my_connector, &my_encoder);
drm_encoder_helper_add(&my_encoder, &my_encoder_helper_funcs);

Encoder 和 Connector：

drm_connector_attach_encoder(&my_connector, &my_encoder);

Plane 和 CRTC：

drm_plane_helper_add(&my_plane, &my_plane_helper_funcs);

2.3用户空间配置 KMS 组件

用户空间程序（如 Wayland 或 Xorg）通过 DRM API 配置 KMS 组件。例如：

使用 drmModeSetCrtc 设置 CRTC 的显示模式。

使用 drmModeSetPlane 配置 Plane 的显示内容。

使用 drmModeConnectorSetProperty 设置 Connector 的属性（如分辨率、刷新率）。

2.4 KMS 的数据流

KMS 的数据流如下：

a.用户空间渲染：

用户空间程序将渲染好的图像放入 Framebuffer。

b.配置显示模式：

用户空间程序通过 DRM API 配置 CRTC、Encoder 和 Connector 的显示模式。

c.提交 Framebuffer：

用户空间程序将 Framebuffer 的内容提交给 Plane。

d.显示图像：

CRTC 从 Plane 中读取 Framebuffer 的内容，生成显示时序信号。

Encoder 将信号转换为物理接口支持的格式。

Connector 将信号发送到显示器。

一个简单的KMS配置实例

/* 获取 Connector*/
drmModeConnector *connector = drmModeGetConnector(fd, connector_id);

/* 获取 Encoder*/
drmModeEncoder *encoder = drmModeGetEncoder(fd, connector->encoder_id);

/* 获取 CRTC*/
drmModeCrtc *crtc = drmModeGetCrtc(fd, encoder->crtc_id);

/* 设置显示模式*/
drmModeSetCrtc(fd, crtc->crtc_id, fb_id, 0, 0, &connector->connector_id, 1, &connector->modes[0]);

/* 提交 Framebuffer*/
drmModeSetPlane(fd, plane_id, crtc->crtc_id, fb_id, 0, 0, 0, width, height, 0, 0, width << 16, height << 16);