DRM用户层代码篇 (2) 内存申请和模式配置

云实验室案例- DRM用户层代码篇 (2)

内存申请和模式配置

本文档涉及案例包括：

•        基于Linux DRM的内存申请和模式配置

为完整实现显示功能，用户还需要为硬件显示设备提供要显示的内容，这就需要向DRM申请内存，将内存映射到用户空间，并进一步在该内存上绘制出想要显示的画面。并且，用户也需要指定和告知DRM要显示的模式信息，也就是前文中提到的“mode”，包括显示分辨率，显示格式等等。

在上文中，我们找到了了从CRTC，到encoder再到connector的硬件通路。在本文中，将陆续实现内存申请、内存映射、图像渲染、模式配置，并完成最终显示。

内存申请

区别于之前通过drmSetMaster函数，间接在xf86drm.c调用drmIoctl的方式，后续的诸多操作会直接调用drmIoctl函数陷入内核态。用户在命令层申请内存的行为可以通过传递DRM_IOCTL_MODE_CREATE_DUMB参数的方式实现。

此外，为通知DRM开辟内存的空间大小，还需要为该命令提供一个drm_mode_create_dumb结构的参数传入。该参数通过指定显示分辨率的宽、高和像素格式（bpp，bits per pixel，即每个像素需要占用多少bit）。具体代码为：

struct drm_mode_create_dumb creq;
memset(&creq, 0, sizeof(creq));//初始化
creq.width = 1280;
creq.height = 800;
creq.bpp = 32;    //ARGB
ret = drmIoctl(drm_fd, DRM_IOCTL_MODE_CREATE_DUMB, &creq);

参数配置的宽和高根据显示屏的分辨率决定，以像素数为单位。LVDS屏分辨率为1280x800，因此宽配为1280，高为800。显示的像素为ARGB格式，每个像素占32个bit位，因此bpp参数为32。

在DRM_IOCTL_MODE_CREATE_DUMB被正确的传递和处理后，上面代码中的creq变量内容会被更新，申请到内存的信息会被记录在里面。在用户层，需要进一步调用drmModeAddFB函数，获取到申请buffer的id号，而后续的映射和显示，将直接通过该buffer的id号实现。

__u32 buffer_id;
ret = drmModeAddFB(drm_fd, WIDTH, HEIGHT, creq.bpp, creq.bpp,
                creq.pitch, creq.handle, &buffer_id);

内存映射

上面提到，在DRM_IOCTL_MODE_CREATE_DUMB被正确的传递和处理后，上面代码中的creq变量内容会被更新，申请到内存的信息会被记录在里面。在内存映射阶段，就需要使用更新后的creq变量中的handle句柄，将其赋值给一个drm_mode_map_dumb类型的结构体变量mreq，并伴随DRM_IOCTL_MODE_MAP_DUMB参数一起传递到内核态：

struct drm_mode_map_dumb mreq;
memset(&mreq, 0, sizeof(mreq));//初始化
mreq.handle = creq.handle;
ret = drmIoctl(drm_fd, DRM_IOCTL_MODE_MAP_DUMB, &mreq);

和creq类似，mreq的内容也会被更新，映射的相关信息也会被记录在内。这是只需要使用mreq的offset变量，并调用内存映射函数mmap即可。该函数的函数原型为：

void* mmap(void* start,size_t length,int prot,int flags,int fd,off_t offset);

•          start：映射区的开始地址，设置为0时表示由系统决定映射区的起始地址。

•          length：映射区的长度, 是以字节为单位，不足一内存页按一内存页处理

•          prot：期望的内存保护标志

•          flags：指定映射对象的类型，映射选项和映射页是否可以共享。

•          fd：有效的文件描述词，由open()函数返回。

•          offset：被映射对象内容的起点。

实际调用函数为：

__u32 *fb_base = mmap(0, creq.size, PROT_READ | PROT_WRITE, AP_SHARED,
                            drm_fd, mreq.offset);

•          PROT_READ ：页内容可以被读取

•          PROT_WRITE ：页可以被写入

•          MAP_SHARED：与其它所有映射这个对象的进程共享映射空间。对共享区的写入，相当于输出到文件。直到msync()或者munmap()被调用，文件实际上不会被更新。

buffer的简单绘制

至此，用户可以使用fb_base指针对buffer进行绘制，并在绘制完毕后送显。本测试案例中，buffer内的像素将都被绘制为红色像素。对于ARGB格式的像素，一共32个bit位，按照A（alpha透明度）R（red红）G（green绿）B（blue蓝）的顺序由高到低排列，各占8个bit。因此全红的像素，十六进制的表示方式为为0x00ff0000。

__u32 color[1] = {0xFF0000};
for (int j = 0; j < (creq.size / 4); j++)
    fb_base[j] = color[0];

buffer的送显

至此，用户已经准备好了将要显示的图像内容，距离送显只有一步之遥。最终送显需要调用的函数为drmModeSetCrtc， 用于设置一个CRTC的配置，包括指定缓冲区、位置、连接器和显示模式。它允许用户自定义显示输出，包括位置和使用的缓冲区。函数原型为：

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

• fd‌：文件描述符，表示打开的DRM设备。
• ‌crtcId‌：要设置的CRTC的ID。
• ‌bufferId‌：要使用的缓冲区的ID。
• ‌x‌：缓冲区在屏幕上的x坐标。
• ‌y‌：缓冲区在屏幕上的y坐标。
• ‌connectors‌：指向一个数组，包含要使用的连接器的ID。
• ‌count‌：连接器的数量。
• ‌mode‌：指向一个drmModeInfo结构体，包含显示模式的信息。

缓冲区在屏幕上的x和y坐标配成0即可。此外在上述变量中，connectors和mode两个变量需要手动获得并且需要注意传递时的格式。connectors可以从drmModeGetResources返回的res中获得，mode可以从drmModeGetConnector返回的conn变量中获得

//res = drmModeGetResources(drm_fd);
__u32 *conn_id = &(res->connectors[0]);
 
//conn = drmModeGetConnector(drm_fd, res->connectors[0]);
drmModeModeInfo mode;
memcpy(&mode, &conn->modes[0], sizeof(mode));
 
ret = drmModeSetCrtc(drm_fd, g_crtc_id, buffer_id, 0, 0, conn_id, 1, &mode);

至此，本文已完成了一个最基本的DRM显示程序。完整的程序为：

// 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
 
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_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);
 
    __u32 *fb_base = mmap(0, creq.size, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED,
                         drm_fd, mreq.offset);
 
    __u32 color[1] = {0xFF0000};
 
    for (int j = 0; j < (creq.size / 4); j++)
       fb_base[j] = color[0];
 
    drmModeModeInfo mode;
    memcpy(&mode, &conn->modes[0], sizeof(mode));
 
    __u32 *conn_id = &(res->connectors[0]);
 
    ret = drmModeSetCrtc(drm_fd, g_crtc_id, buffer_id, 
                      0, 0, conn_id, 1, &mode);
 
    while(1);
 
    return 0;
}

将本文按照之前GCC编译篇文章的方式进行编译执行，即可通过云实验室的实时显示摄像头，看到全红色的LVDS屏幕。