DRM用户层代码篇 (3) Pingpong buffer乒乓缓冲

云实验室案例- DRM用户层代码篇 (3)

Pingpong buffer乒乓缓冲

在显示数据处理中，pingpong buffer（乒乓缓冲）是一个非常重要的概念，它也被称作双缓存（double buffer）。

Pingpong buffer的基本概念

Pingpong buffer由两个或多个缓存单元组成。以两个缓冲单元为例，在数据处理的某个阶段，一个缓存单元（buffer A）用于写入数据，而另一个缓存单元（buffer B）则用于显示。当第一个缓存单元（buffer A）渲染完毕后，系统会切换到第二个缓存单元（buffer B）进行写入，同时第一个缓存单元则用于显示。这种交替进行的方式不仅仅局限于显示，他也被应用于多种场景中，可以极大提高了数据传输和处理的效率。

对于显示而言，如果只有一个缓存单元，那么就不可避免的会发生画面撕裂现象。画面撕裂是指屏幕上的一部分显示旧帧的内容，而另一部分显示新帧的内容。这通常发生在画面的更新不是在垂直同步的边界进行时。在单缓冲系统中，由于只有一个缓冲区用于存储图像数据，因此当新图像数据正在被写入时，旧图像数据可能还在被显示，从而导致画面撕裂现象。

显示相关的时序参数

如果用户希望能够显示动态的内容，那就不肯避免的要为显示测试程序创建至少两个缓冲区域。

为保证扩展性，可以为buffer建立数据结构

struct drm_buffer {
    __u32 *fb_base;
    __u32 buf_id;
};

最简结构中包含两部分内容，一个是映射到用户空间的虚拟地址，方便在用户层对buffer进行绘制；另一个是buffer在DRM中注册的id号，该参数会被传递给送显函数drmModeSetCrtc，告诉DRM当前要显示哪个buffer中的内容。

ret = drmModeSetCrtc(drm_fd, g_crtc_id, pingpong_buffers[current_buffer].buf_id, 0, 0, conn_id, 1, &mode);

此外，由于需要申请两个buffer，因此内存申请部分的代码将要被执行两次。为简化程序，这里直接将两块儿buffer的内容写为固定的单色块。完整程序如下所示：

// SPDX-License-Identifier: GPL-2.0+
 /* * 
 * Copyright 2024 NXP
 */
#include <stdio.h>
#include <stdint.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdbool.h>
#include <string.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
 
#include <sys/ioctl.h>
#include <sys/mman.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/types.h>
 
#include <drm/drm.h>
#include <drm/drm_mode.h>           
#include <xf86drm.h>
#include <xf86drmMode.h>
 
#define WIDTH 1280
#define HEIGHT 800
 
struct drm_buffer {
    __u32 *fb_base;
    //__u32 handle;
    __u32 buf_id;
};
 
int main()
{
    int ret;
    int drm_fd;
    drm_fd = open("/dev/dri/card0", O_RDWR | O_CLOEXEC | O_NONBLOCK);
 
    ret = drmSetMaster(drm_fd);
 
    drmModeRes *res;
    drmModeConnector *conn;
 
    res = drmModeGetResources(drm_fd);
    conn = drmModeGetConnector(drm_fd, res->connectors[0]);
 
    drmModeEncoder *encoder;
    encoder = drmModeGetEncoder(drm_fd, conn->encoders[0]);
 
    int g_crtc_id;
 
    for (int j = 0; j < res->count_crtcs; j++) {
       if (encoder->possible_crtcs & (1 << j)) {
           g_crtc_id = res->crtcs[j];
       }
    }
 
    struct drm_buffer pingpong_buffers[2];
    __u32 color[2] = {0x00FF0000, 0x0000FF00};
 
    for(int i = 0; i < 2; i++){
       struct drm_buffer *buf = &pingpong_buffers[i];
       struct drm_mode_create_dumb creq;
       struct drm_mode_map_dumb mreq;
 
       memset(&creq, 0, sizeof(creq));
       creq.width = WIDTH;
       creq.height = HEIGHT;
       creq.bpp = 32; //ARGB
 
       ret = drmIoctl(drm_fd, DRM_IOCTL_MODE_CREATE_DUMB, &creq);
 
       __u32 buffer_id;
 
       ret = drmModeAddFB(drm_fd, WIDTH, HEIGHT, creq.bpp, creq.bpp,
                  creq.pitch, creq.handle, &buffer_id);
 
       memset(&mreq, 0, sizeof(mreq));
       mreq.handle = creq.handle;
       ret = drmIoctl(drm_fd, DRM_IOCTL_MODE_MAP_DUMB, &mreq);
 
       //buf->handle = creq.handle;
       buf->buf_id = buffer_id;
       buf->fb_base = mmap(0, creq.size, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED,
                            drm_fd, mreq.offset);
 
       for (int j = 0; j < (creq.size / 4); j++)
           buf->fb_base[j] = color[i];
    }
 
 
    drmModeModeInfo mode;
    memcpy(&mode, &conn->modes[0], sizeof(mode));
 
    __u32 *conn_id = &(res->connectors[0]);
 
    int current_buffer = 0;
    while(1){
       ret = drmModeSetCrtc(drm_fd, g_crtc_id, pingpong_buffers[current_buffer].buf_id,   
                      0, 0, conn_id, 1, &mode);
       current_buffer ^= 1;
       //here paint the other buffer
       sleep(1);
    }
 
    return 0;
}