Linux的2种显示方案它们有什么区别呢

一、基础概念


1. Linux 的 2 种显示方案

包括：

• FBDEV: Framebuffer Device
  
• DRM/KMS: Direct Rendering Manager / Kernel Mode Setting
  
  

它们有什么区别？

• FBDEV：
  
• 
  
  
  
  
  • 传统的显示框架;
    
  • 简单，但是只能提供最基础的显示功能;
    
  • 无法满足当前上层应用和底层硬件的显示需求;
    
    
  
  
• DRM/KMS：
  

• 目前主流的显示方案;
  
• 为了适应当前日益更新的显示硬件;
  
• 软件上能支持更多高级的控制和特性;
  
  

2. DRM/KMS 基础概念

DRM subsystem 图：

虽然经常用 DRM/KMS 来指代整个 DRM subsystem，但是 KMS 和 DRM driver 只是 整个 DRM subsystem 的其中 2 个部分。

KMS (Kernel Mode Setting) 是内核提供给应用层的 DRM API 的其中一部分，应用层一般通过 libdrm 来访问这些 API。

对于驱动工程师而言，重点关注 DRM driver，这里负责使能 Display engine，可以理解为加强版的 FBDEV。

KMS 里的几个重要组件：

• 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;
  
  

这些组件组合成 display pipeline：


3. 驱动视角看 DRM/KMS


下面以 Allwinner 芯片的 DRM driver 为例进行展示。

DRM subsystem：


这里为了便于理解，将 DRM DSI Core / DRM Panel Core / DRM Bridge Core 从 DRM Core 里单独划分出来了，但是其实它们都属于 DRM Core。

DRM driver：


二、了解硬件信息


1. 查阅芯片手册

Rockchip 平台的 LCD Controller 称为 VOP(Video Output Processor)，芯片中一般集 成 1~2 个 VOP。只有支持两个 VOP 的芯片，才能支持双屏异显。

RK3399 有 2 个 VOP：

• Video Output Processor(VOP_BIG)
  
• Video Output Processor(VOP_LIT)
  
  

支持的显示接口：

• One or Two MIPI-DSI port
  
• One eDP port
  
• One DP port
  
• One HDMI port
  
  

2. 确定单板的显示接口


NanoPC T4：

• LCD Interface: 一个eDP 1.3（4 线，10.8Gbps），一个或2个4线 MIPI-DSI;
  
• DP on Type-C: DisplayPort 1.2 Alt Mode on USB Type-C;
  
• HDMI: HDMI 2.0a，支持4K@60Hz显示，支持HDCP 1.4/2.2;
  
  

驱动工程师的职责：根据上层业务的需求，使能连接在上述接口上的各种 Panel，包括单独使能某个屏幕、双屏异显、双屏同显等。

三、查看单板的设备树


下面是 NanoPC-T4 设备树里和 display 相关的信息。

1. 相关节点及其状态

2. 各节点的作用

display-subsystem：

• 配置 Rockchip 的 display engine;
  
• 通过 route 表将各组件(plane / crct / encoder / connector) 关联在一起，以便对应的驱动构建出 display pipe;
  
  

vopl: vop@ff8f0000：

• 配置 VOP little;
  
• 子节点 port 里有 5 个 endpoint，名字分别为 vopl_out_dsi / vopl_out_edp 等，它们是数据输出端，即 output endpoint;
  
• 每个 endpoint 都会连接到某个 remote-endpoint，VOP 的 remote-endpoint 连接的就是各种显示 Encoder的 endpoint，例如 vopl_out_dsi ---> dsi_in_vopl;
  
  

vopb: vop@ff900000：

• 省略
  
  

edp: edp@ff970000:

• 配置 edp 控制器，大致包括基地址、中断、时钟、子节点 port;
  
• 2 个 input endpoint，分别连接到 VOPL 和 VOPB;
  
• 1 个 output endpoint 连接到了 epd panel 上;
  
• 有 3 条连接：
  

• vopb_out_edp ---> edp_in_vopb
  
• vopl_out_edp ---> edp_in_vopl
  
• edp_out ---> edp_panel
  
  

panel: edp-panel：

• 配置某一款具体的 edp 屏;
  
• 有 1 条连接:
  

• edp_out ---> edp_panel
  
  

hdmi: hdmi@ff940000：

• 配置 hdmi 控制器，大致包括引脚、基地址、中断、时钟、子节点 port;
  
• 有 2 条连接：
  
• 
  
  
  
  
  • vopb_out_hdmi ---> hdmi_in_vopb
    
  • vopl_out_hdmi ---> hdmi_in_vopl
    
    
  
  

dsi: dsi@ff960000  dsi1: dsi@ff968000：

• 配置 mipi dsi，类似 edp / hdmi;
  
  

mipi_dphy_tx1rx1: mipi-dphy-tx1rx1@ff968000：

• 配置 mipi dphy;
  
  

四、查看 Rockchip 的 DRM Driver

1. 驱动路径

[tr]功能驱动路径[/tr]

DRM master device driver	drivers/gpu/drm/rockchip/rockchip_drm_drv.c
Framebuffer driver	drivers/gpu/drm/rockchip/rockchip_drm_fb.c drivers/gpu/drm/rockchip/rockchip_drm_fbdev.c
GEM Driver	drivers/gpu/drm/rockchip/rockchip_drm_gem.c
VOP Driver	drivers/gpu/drm/rockchip/rockchip_drm_vop.c   drivers/gpu/drm/rockchip/rockchip_vop_reg.c
LVDS Driver	drivers/gpu/drm/rockchip/rockchip_lvds.c drivers/phy/rockchip/phy-rockchip-inno-video-phy.c
RGA Ddriver	drivers/gpu/drm/rockchip/rockchip_drm_rga.c
MIPI Driver	drivers/gpu/drm/rockchip/dw-mipi-dsi.c
HDMI Driver	drivers/gpu/drm/rockchip/dw_hdmi-rockchip.c drivers/gpu/drm/bridge/dw-hdmi.c
inno HDMI Driver	drivers/gpu/drm/rockchip/inno_hdmi.c drivers/phy/rockchip/phy-rockchip-inno-hdmi-phy.c
eDP Driver	drivers/gpu/drm/rockchip/analogix_dp-rockchip.c drivers/gpu/drm/bridge/analogix/analogix_dp_core.c drivers/gpu/drm/bridge/analogix/analogix_dp_reg.c drivers/phy/rockchip/phy-rockchip-dp.c
DP Driver	drivers/gpu/drm/rockchip/cdn-dp-core.c drivers/gpu/drm/rockchip/cdn-dp-reg.c
TVE/CVBS Driver	drivers/gpu/drm/rockchip/rockchip_drm_tve.c

2. Rockchip DRM driver 的 probe 流程

这张图是 Rockchip 官方提供的，非常好的一张图。

有了这张图相当于有了一张源码分析的地图，后续我们可以参考它来进行更细致地源码分析。

简单说明一下：

• 各种 Encoder driver 和 CRCT driver 被 probe，然后通过 component_add() 注册进系统;
  
• Rockchip DRM Master device 被 probe:
  
  

• 将各种 Encoder driver 和 CRCT driver 通过 component_match_add() 注册进 component match list;
  
• component_master_add_with_match() 触发各种Encoder 和 CRCT component 的bind 操作，例如 vop_bind()、dw_hdmi_rockchip_bind() 等。
  
  

• bind 的含义就是将 DRM 框架里的组件关联在一起，以 vop_bind() 为例：
  
• 
  
  
  
  
  • VOP Driver 对应 CRCT driver， CRTC 负责连接 Planes 和 Encoder;
    
  • vop_create_crtc() -> drm_crtc_init_with_planes() 创建了 CRTC 对象，并和 Planes 关联在一起;
    
    
  
  
• 剩下的就是边边角角的工作，例如注册 framebuffer 以兼容 FBDEV，显示 logo等。
  
• 五、辅助调试的工具
  
  1. sysfs
  
  查看当前的显示状态，下面是只接了 HDMI 的情况：
  
  $ cat /sys/kernel/debug/dri/0/summary
  VOP [ff900000.vop]: ACTIVE
      Connector: HDMI-A
          overlay_mode[0] bus_format[100a] output_mode[f] color_space[0]
      Display mode: 1920x1080p60
          clk[148500] real_clk[148500] type[48] flag[5]
          H: 1920 2008 2052 2200
          V: 1080 1084 1089 1125
      win0-0: ACTIVE
          format: XR24 little-endian (0x34325258) SDR[0] color_space[0]
          csc: y2r[0] r2r[0] r2y[0] csc mode[0]
          zpos: 0
          src: pos[0x0] rect[1920x1080]
          dst: pos[0x0] rect[1920x1080]
          buf[0]: addr: 0x0000000000000000 pitch: 7680 offset: 0
      win1-0: DISABLED
      win2-0: DISABLED
      win2-1: DISABLED
      win2-2: DISABLED
      win2-3: DISABLED
      win3-0: DISABLED
      win3-1: DISABLED
      win3-2: DISABLED
      win3-3: DISABLED
      post: sdr2hdr[0] hdr2sdr[0]
      pre : sdr2hdr[0]
      post CSC: r2y[0] y2r[0] CSC mode[1]
  VOP [ff8f0000.vop]: DISABLED
  
  查看某个具体的显示设备：
  
  $ ls /sys/class/drm/
  card0  card0-DP-1  card0-eDP-1  card0-HDMI-A-1  controlD64  renderD128  version
  
  2. 调整 DRM log 等级
  
  /sys/module/drm/parameters/debug
  
  debug 里的每一个 bit 的含义：
  
  3. libdrm/modetest
  
  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。
  
  $ git clone
  $ apt-get install meson
  $ meson builddir/
  $ ninja -C builddir/ install
  $ ./builddir/tests/modetest/modetest -h
  usage: ./builddir/tests/modetest/modetest [-acDdefMPpsCvrw]
  ...