MTK Linux DRM分析（七）- KMS drm_plane.c

一、簡介

在 Linux DRM（Direct Rendering Manager）子系統中，Plane（平面）代表了一個圖像源，可以在掃描輸出過程中與 CRTC 混合或疊加顯示。每個 Plane 從?drm_framebuffer?中獲取輸入數據，并負責圖像的裁剪、縮放、旋轉等變換，最終顯示在 CRTC 代表的顯示區域上。

Plane 分為三種類型：

  • Primary Plane：主平面，通常用于顯示主內容，每個 CRTC 必須有一個主平面。

  • Cursor Plane：光標平面，用于顯示硬件光標。

  • Overlay Plane：覆蓋平面，用于額外的疊加層（如視頻播放）。

二、代碼分析

1.?drm_plane.c

這是 DRM 核心中 Plane 的主要實現文件，包含了 Plane 的創建、初始化、銷毀、屬性管理等核心功能。

主要函數及作用：
函數名作用
drm_universal_plane_init初始化一個通用 Plane 對象
__drm_universal_plane_init內部函數，實際執行 Plane 初始化
drmm_universal_plane_alloc分配并初始化一個受 DRM 管理的 Plane
drm_plane_cleanup清理 Plane 資源，不釋放結構體本身
drm_plane_force_disable強制禁用 Plane（非原子模式）
drm_mode_setplane處理?DRM_IOCTL_MODE_SETPLANE?ioctl
drm_mode_cursor_ioctl處理光標設置 ioctl
drm_mode_page_flip_ioctl處理頁面翻轉 ioctl
drm_plane_enable_fb_damage_clips啟用 Framebuffer 損傷區域屬性
drm_plane_create_scaling_filter_property創建縮放濾波器屬性

2.?drm_plane_helper.c

這個文件提供了一些過渡性的輔助函數，主要用于傳統（非原子）模式下的 Plane 操作，幫助驅動逐步遷移到原子模式。

主要函數及作用：
函數名作用
drm_primary_helper_update用于主 Plane 的更新操作（傳統模式）
drm_primary_helper_disable用于主 Plane 的禁用操作（傳統模式）
drm_primary_helper_destroy用于主 Plane 的銷毀操作
drm_plane_helper_check_update檢查 Plane 更新參數是否有效
drm_universal_plane_init()-> __drm_universal_plane_init()-> drm_mode_object_add()-> create_in_format_blob()-> drm_object_attach_property() [多次]drm_mode_setplane()-> drm_plane_find()-> drm_framebuffer_lookup()-> setplane_internal()-> __setplane_internal() 或 __setplane_atomic()drm_mode_cursor_ioctl()-> drm_mode_cursor_common()-> drm_mode_cursor_universal()-> __setplane_internal() 或 __setplane_atomic()drm_mode_page_flip_ioctl()-> drm_crtc_find()-> drm_framebuffer_lookup()-> crtc->funcs->page_flip() 或 crtc->funcs->page_flip_target()drm_primary_helper_update()-> drm_plane_helper_check_update()-> crtc->funcs->set_config()drm_primary_helper_disable()-> 返回 -EINVAL（表示需驅動自己實現）drm_primary_helper_destroy()-> drm_plane_cleanup()-> kfree(plane)

  • drm_plane.c?是 Plane 的核心實現，包含生命周期管理、屬性控制、IOCTL 處理等。

  • drm_plane_helper.c?提供傳統模式下的輔助函數，主要用于過渡期。

  • 現代 DRM 驅動應優先使用原子模式，逐步棄用傳統輔助函數。

  • Plane 的類型、格式、修飾符、損傷區域、縮放濾波等屬性都由這些函數管理。

drm_plane_helper.c 和 drm_plane.c 代碼分析

這兩個文件是 Linux 內核 DRM (Direct Rendering Manager) 子系統中與平面 (Plane) 管理相關的核心組件。平面是 DRM KMS (Kernel Mode Setting) 框架中的關鍵抽象，用于表示圖像源，可以在掃描輸出過程中與 CRTC (Cathode Ray Tube Controller) 混合或疊加。它們與 GPU 的顯示硬件密切相關，支持裁剪、縮放、旋轉和 Z 位置等屬性。

  • drm_plane_helper.c：這是一個輔助庫文件，提供主平面 (Primary Plane) 的實現支持，以及從遺留接口向原子 (Atomic) 接口的過渡函數。文件強調驅動應逐步遷移到原子接口，而這些輔助函數是過渡性的。它處理主平面的更新、禁用和銷毀，并與 CRTC 和連接器交互。版權從 2014 年 Intel 開始，主要用于簡化驅動開發，但注釋警告新驅動不應依賴這些過渡性輔助。
  • drm_plane.c：這是平面管理的核心文件，實現平面的初始化、屬性管理、損傷跟蹤 (Damage Tracking) 和用戶空間接口 (如 ioctl)。它定義了平面的類型 (主平面、覆蓋平面、游標平面)，支持修改器 (Modifiers) 和原子模式設置。文件處理平面與幀緩沖區 (Framebuffer) 的關聯、標準屬性 (如 IN_FORMATS、type) 和遺留 ioctl（如光標和頁面翻轉）。版權從 2016 年 Intel 開始，強調驅動必須為所有平面設置修改器支持。

這些文件緊密協作：drm_plane_helper.c 依賴 drm_plane.c 中的平面結構和函數（如 drm_plane_cleanup），而 drm_plane.c 提供更底層的平面管理。它們與 GPU 相關，因為平面操作直接映射到 GPU 的硬件平面（如 Intel 的 Universal Planes 或 AMD 的 Overlay），涉及緩沖區格式、修改器和原子更新。

關鍵函數分析

以下列出兩個文件中需要注意和熟悉的關鍵函數。這些函數是導出的（EXPORT_SYMBOL），常用于驅動實現鉤子、初始化或用戶空間交互。重點關注：

  • 初始化和清理函數：用于設置平面對象。
  • 更新和檢查函數：處理平面狀態變化，與原子模式設置相關。
  • 屬性管理函數：暴露給用戶空間的屬性，如損傷剪輯或縮放過濾。
  • ioctl 和遺留支持：處理用戶空間請求，如光標移動或頁面翻轉。
  • 輔助迭代器：用于損傷處理。

我使用表格分類，便于閱讀。每個函數包括描述、為什么重要（注意點）和在哪個文件定義。

函數名文件描述為什么需要注意和熟悉
drm_plane_helper_check_updatedrm_plane_helper.c檢查平面更新的有效性，包括源/目標矩形、旋轉、縮放和可見性，使用 drm_atomic_helper_check_plane_state。這是更新平面前的關鍵驗證函數，確保硬件約束（如縮放范圍、位置）。在過渡性驅動中常用，錯誤可能導致顯示異常。熟悉它能幫助調試原子狀態檢查。
drm_primary_helper_updatedrm_plane_helper.c更新主平面，包括設置模式、連接器和幀緩沖區。調用 CRTC 的 set_config 并處理可見性。主平面是 CRTC 啟用必需的，此函數橋接遺留 set_config 接口。注意它不調用 drm_mode_set_config_internal，以避免額外引用計數。遷移到原子接口時需替換。
drm_primary_helper_disabledrm_plane_helper.c禁用主平面，返回 -EINVAL（因為主平面通常不可禁用）。簡單但重要：防止用戶空間禁用主平面，導致 CRTC 失效。熟悉以理解遺留接口的限制。
drm_primary_helper_destroydrm_plane_helper.c銷毀主平面，調用 drm_plane_cleanup 并釋放內存。CRTC 銷毀時調用，確保平面正確清理。導出函數，驅動常用作銷毀鉤子。注意內存管理（kfree）。
drm_primary_helper_funcsdrm_plane_helper.c主平面的函數表，包括 update、disable 和 destroy 鉤子。這是主平面的標準回調表。驅動通過此表注冊鉤子。熟悉以實現自定義主平面行為。
drm_universal_plane_initdrm_plane.c初始化通用平面對象，包括分配格式、修改器、屬性附件（如 type、IN_FORMATS）。核心初始化函數，所有平面創建必須調用。注意修改器支持（必須設置，即使僅線性）和類型（Primary/Overlay/Cursor）。導出，驅動廣泛使用；警告：使用 drmm_ 版本以支持管理資源。
__drm_universal_plane_initdrm_plane.cdrm_universal_plane_init 的內部變體，支持 va_list 命名。內部實現，處理平面名稱格式化。熟悉以理解初始化細節，如格式計數限制（<=64）。
drm_plane_enable_fb_damage_clipsdrm_plane.c啟用 FB_DAMAGE_CLIPS 屬性，允許用戶空間指定損傷矩形。損傷跟蹤的關鍵函數，提高虛擬設備效率（如網絡傳輸）。注意：必須顯式啟用，否則屬性不可用。導出，用于優化驅動。
drm_plane_get_damage_clips_countdrm_plane.c返回 FB_DAMAGE_CLIPS 中的矩形數量。簡單計數器，但重要于處理用戶空間損傷提示。熟悉以迭代損傷區域，避免全平面更新。
drm_plane_get_damage_clipsdrm_plane.c返回 FB_DAMAGE_CLIPS 中的 &drm_mode_rect 數組。獲取用戶空間損傷矩形。注意坐標是非固定點的（不像 src），且驅動可讀取更多區域。導出，與 drm_atomic_helper_damage_iter_* 協作使用。
drm_plane_create_scaling_filter_propertydrm_plane.c創建 SCALING_FILTER 屬性，支持默認/最近鄰過濾。暴露縮放過濾給用戶空間。注意支持掩碼（必須包括 DEFAULT）。導出，用于高級縮放硬件的驅動。
drm_mode_cursor_ioctldrm_plane.c處理遺留光標 ioctl，包括設置/移動光標。用戶空間光標控制入口。處理遺留和原子模式，支持熱區。注意與 drm_mode_cursor2_ioctl 的兼容。
drm_mode_cursor2_ioctldrm_plane.c擴展光標 ioctl，支持熱區 (hot_x/hot_y)。與 drm_mode_cursor_ioctl 類似，但添加熱區。熟悉以支持舊應用（如 X Server）。
drm_mode_page_flip_ioctldrm_plane.c處理頁面翻轉，包括目標 VBlank 和事件。核心翻轉函數，確保緩沖區切換原子性。注意標志（如 ASYNC）和目標序列。導出，驅動必須實現 CRTC 的 page_flip 鉤子。
drm_plane_cleanupdrm_plane.c (隱式引用)清理平面資源，包括列表移除和內存釋放。銷毀鉤子的核心。注意在 drm_primary_helper_destroy 中調用。熟悉以避免內存泄漏。
注意事項和熟悉建議
  • 遷移到原子接口：兩個文件強調從遺留（如 set_config）遷移到原子（如 atomic_check/atomic_update）。關鍵函數如 drm_primary_helper_update 是過渡性的，新驅動應避免。
  • 屬性和修改器：IN_FORMATS 和 FB_DAMAGE_CLIPS 是標準屬性。熟悉 create_in_format_blob（內部函數），它構建修改器 blob。修改器支持是強制性的，即使僅線性格式。
  • 原子狀態：函數如 drm_plane_helper_check_update 與 drm_atomic_helper_* 協作。熟悉 drm_plane_state 和 drm_crtc_state，以處理縮放/旋轉。
  • 遺留支持：ioctl 函數（如 drm_mode_cursor_ioctl）處理舊 uAPI。注意與原子模式的混合使用警告（e.g., 不要混用遺留 ioctl 和原子提交）。
  • 錯誤處理：許多函數返回 -EINVAL/-ENOMEM/-EOPNOTSUPP。注意 WARN_ON（如格式計數 >64）和 drm_modeset_lock 以確保線程安全。
  • GPU 聯系：這些函數間接調用驅動的鉤子（如 format_mod_supported），映射到 GPU 硬件平面。熟悉 drm_plane_funcs 和 drm_plane_helper_funcs 以自定義硬件行為。
  • 文檔和注釋：文件有詳細 DOC 部分，解釋平面類型、屬性和損傷。閱讀以理解用戶空間交互。

在 Linux 內核的 DRM (Direct Rendering Manager) 子系統中，FB_DAMAGE_CLIPS 和 SCALING_FILTER 是與顯示平面（Plane）相關的標準屬性，定義在 drm_plane.c 中，用于用戶空間（如 Wayland、X Server）配置 GPU 顯示行為。這兩個屬性與 GPU 的硬件功能密切相關，分別用于優化顯示更新和控制圖像縮放質量。以下是對這兩個屬性的詳細解釋，包括其定義、用途、實現和使用場景。

1. FB_DAMAGE_CLIPS 屬性

定義
  • 屬性名稱：FB_DAMAGE_CLIPS
  • 類型：Blob 屬性，包含一組 drm_mode_rect 結構，表示幀緩沖區（Framebuffer）中的損傷區域（Damage Regions）。
  • 作用：允許用戶空間指定幀緩沖區中自上次更新以來發生變化的區域（即“損傷”區域），以優化 GPU 的顯示更新。
  • 相關代碼：
    • 定義在 include/drm/drm_plane.h 和 drm_plane.c 的 DOC: damage tracking 部分。
    • 關鍵函數：
      • drm_plane_enable_fb_damage_clips：啟用該屬性。
      • drm_plane_get_damage_clips_count：返回損傷矩形數量。
      • drm_plane_get_damage_clips：返回損傷矩形數組。
      • 輔助迭代器：drm_atomic_helper_damage_iter_init 和 drm_atomic_helper_damage_iter_next（在 drm_atomic_helper.c）。
理解
  • 什么是損傷（Damage）：
    • 損傷是指幀緩沖區中自上次平面更新（或頁面翻轉，Page Flip）以來發生變化的區域。例如，在桌面環境中，只有窗口移動或內容更新的區域需要重新繪制。
    • FB_DAMAGE_CLIPS 是一個提示（Hint），用戶空間（如 Wayland 合成器）通過提供損傷矩形告訴內核哪些區域需要更新，減少不必要的渲染或數據傳輸。
  • 數據結構：
    • 屬性值是一個 Blob，包含 drm_mode_rect 數組，每個矩形定義為：

      c

      struct drm_mode_rect {__s32 x1, y1; // 左上角坐標（包含）__s32 x2, y2; // 右下角坐標（不包含）};

    • 坐標基于幀緩沖區（非固定點格式，區別于 drm_plane_state.src 的 16.16 固定點格式），不能為負值。
    • 矩形可以重疊，但文檔強烈建議避免重疊以提高效率。
  • 用途：
    • 優化性能：對于虛擬化或遠程顯示設備（如 USB 顯示器、網絡傳輸），只更新損傷區域可顯著減少數據傳輸量。例如，VirtIO-GPU 使用損傷跟蹤優化幀更新。
    • GPU 渲染效率：GPU 可以僅處理損傷區域的像素，降低渲染負載，節省功耗。
    • 用戶空間控制：Wayland 等合成器通過 FB_DAMAGE_CLIPS 提供精確的更新區域，確保高效的顯示刷新。
  • 實現細節：
    • 驅動通過 drm_plane_enable_fb_damage_clips 啟用該屬性：

      c

      void drm_plane_enable_fb_damage_clips(struct drm_plane *plane) {struct drm_device *dev = plane->dev;struct drm_mode_config *config = &dev->mode_config;drm_object_attach_property(&plane->base, config->prop_fb_damage_clips, 0);}

    • 用戶空間通過 DRM_IOCTL_MODE_OBJ_SETPROPERTY 設置 FB_DAMAGE_CLIPS，傳遞 Blob ID。
    • 內核驗證 Blob 數據并提供迭代器（如 drm_atomic_helper_damage_iter_next）讓驅動訪問損傷矩形，剪裁到 drm_plane_state.src。
    • 驅動可選擇全平面更新（忽略損傷）或僅更新損傷區域，但必須保證用戶空間渲染整個可見區域，否則可能導致顯示錯誤。
  • 注意事項：
    • 可選性：FB_DAMAGE_CLIPS 是可選屬性，未啟用時驅動執行全平面更新。
    • 正確性：用戶空間必須提供準確的損傷區域，否則可能導致顯示內容丟失（如未包含實際變化區域）。
    • 驅動自由度：驅動可以讀取超過損傷區域的內容（為效率或硬件限制），但用戶空間需渲染整個幀緩沖區以避免潛在錯誤。
    • 調試：drm_plane_get_damage_clips 包含警告，檢查是否調用 drm_plane_enable_fb_damage_clips：
      if (!drm_mode_obj_find_prop_id(&state->plane->base, config->prop_fb_damage_clips->base.id))drm_warn_once(dev, "drm_plane_enable_fb_damage_clips() not called\n");

  • 使用場景：
    • 虛擬顯示設備（如 QEMU 的 VirtIO-GPU）通過損傷跟蹤減少網絡傳輸。
    • 高性能 GPU（如 Intel、AMD）在多平面合成中優化渲染。
    • 嵌入式設備（如 Rockchip）在低功耗場景下減少顯示更新開銷。

2. SCALING_FILTER 屬性

定義
  • 屬性名稱：SCALING_FILTER
  • 類型：枚舉屬性，支持的過濾器類型包括 DRM_SCALING_FILTER_DEFAULT 和 DRM_SCALING_FILTER_NEAREST_NEIGHBOR。
  • 作用：允許用戶空間指定平面縮放時使用的過濾算法，控制 GPU 硬件縮放的質量。
  • 相關代碼：
    • 定義在 drm_plane.c 的 drm_create_scaling_filter_prop 和 drm_plane_create_scaling_filter_property。
    • 關鍵函數：
      • drm_create_scaling_filter_prop：創建枚舉屬性。
      • drm_plane_create_scaling_filter_property：為平面附加屬性。
理解
  • 什么是縮放過濾：
    • 當平面的源矩形（src_w、src_h）與目標矩形（crtc_w、crtc_h）大小不同時，GPU 需要縮放圖像。縮放過濾器決定如何插值像素，影響圖像質量。
    • 支持的過濾器：
      • DRM_SCALING_FILTER_DEFAULT：驅動默認的縮放算法（通常是線性插值或硬件優化）。
      • DRM_SCALING_FILTER_NEAREST_NEIGHBOR：最近鄰插值，適合像素化效果（如游戲）。
  • 數據結構：
    • 屬性是一個枚舉類型，值從 drm_prop_enum_list 獲取：
      static const struct drm_prop_enum_list props[] = {{ DRM_SCALING_FILTER_DEFAULT, "Default" },{ DRM_SCALING_FILTER_NEAREST_NEIGHBOR, "Nearest Neighbor" },};
    • 驅動通過 supported_filters 位掩碼指定支持的過濾器，必須包括 DEFAULT。
  • 用途：
    • 圖像質量控制：用戶空間（如 Wayland 合成器）可以選擇適合場景的縮放算法。例如，視頻播放可能選擇平滑的線性插值，而像素藝術游戲可能選擇最近鄰以保留銳利邊緣。
    • 硬件優化：某些 GPU（如 Intel Skylake+）支持硬件縮放過濾，SCALING_FILTER 允許驅動利用這些功能。
    • 用戶體驗：提供一致的縮放行為，適配不同顯示分辨率或縮放比例。
  • 實現細節：
    • 驅動通過 drm_plane_create_scaling_filter_property 啟用屬性：
      int drm_plane_create_scaling_filter_property(struct drm_plane *plane,unsigned int supported_filters) {struct drm_property *prop = drm_create_scaling_filter_prop(plane->dev, supported_filters);if (IS_ERR(prop))return PTR_ERR(prop);drm_object_attach_property(&plane->base, prop, DRM_SCALING_FILTER_DEFAULT);plane->scaling_filter_property = prop;return 0;}

    • 用戶空間通過 DRM_IOCTL_MODE_OBJ_SETPROPERTY 設置過濾器值。
    • 驅動在 drm_plane_funcs->atomic_check 或 atomic_update 中處理過濾器，配置 GPU 硬件的縮放寄存器。
    • supported_filters 必須包含 DRM_SCALING_FILTER_DEFAULT，否則返回 -EINVAL：
      if (WARN_ON((supported_filters & ~valid_mode_mask) ||((supported_filters & BIT(DRM_SCALING_FILTER_DEFAULT)) == 0)))return ERR_PTR(-EINVAL);
  • 注意事項：
    • 硬件依賴：不是所有 GPU 支持多種縮放過濾器。例如，嵌入式 GPU 可能僅支持默認過濾器。
    • 默認值：屬性默認值為 DRM_SCALING_FILTER_DEFAULT，確保兼容性。
    • 驅動實現：驅動必須在 atomic_check 中驗證過濾器是否與硬件兼容，否則返回 -EINVAL。
    • 調試：檢查 supported_filters 位掩碼，確保只包含有效值（當前僅支持 DEFAULT 和 NEAREST_NEIGHBOR）。
  • 使用場景：
    • 高分辨率顯示（如 4K 屏幕）縮放低分辨率內容時，選擇高質量過濾器。
    • 游戲或像素藝術應用選擇最近鄰過濾器以保留清晰像素。
    • 嵌入式設備（如手機）在縮放 UI 時優化性能和質量。

比較與聯系

屬性FB_DAMAGE_CLIPSSCALING_FILTER
類型Blob（drm_mode_rect 數組）枚舉（DEFAULT、NEAREST_NEIGHBOR）
用途優化更新區域，減少 GPU 渲染/傳輸控制縮放算法，優化圖像質量
啟用函數drm_plane_enable_fb_damage_clipsdrm_plane_create_scaling_filter_property
用戶空間交互通過 DRM_IOCTL_MODE_OBJ_SETPROPERTY 設置 Blob ID通過 DRM_IOCTL_MODE_OBJ_SETPROPERTY 設置枚舉值
硬件依賴依賴 GPU 的損傷處理能力（如 VirtIO-GPU）依賴 GPU 的縮放硬件（如 Intel、AMD）
性能影響減少渲染/傳輸量，適合虛擬顯示影響縮放質量和性能，適合高分辨率顯示
  • 聯系：
    • 兩者都是平面屬性，通過 drm_object_attach_property 附加到 drm_plane。
    • 都在原子模式設置中起作用，用戶空間通過 DRM_IOCTL_MODE_ATOMIC 配置。
    • 都依賴 GPU 硬件支持，驅動通過 drm_plane_funcs 的鉤子（如 atomic_check）驗證。
  • 區別：
    • FB_DAMAGE_CLIPS 聚焦于優化更新區域，適合網絡/低功耗場景；SCALING_FILTER 聚焦于圖像質量，適合動態縮放場景。
    • FB_DAMAGE_CLIPS 是 Blob，處理復雜區域；SCALING_FILTER 是簡單枚舉，選擇預定義算法。

使用建議

  • 用戶空間開發：
    • 使用 libdrm 獲取和設置這些屬性。確保檢查驅動是否支持（通過 DRM_CAP_ADDFB2_MODIFIERS 或屬性存在性）。
    • 對于 FB_DAMAGE_CLIPS，合成器需精確計算損傷區域，避免遺漏導致顯示錯誤。
    • 對于 SCALING_FILTER，根據應用需求（如視頻 vs 游戲）選擇合適的過濾器。
  • 驅動開發：
    • 啟用 FB_DAMAGE_CLIPS 時，使用 drm_atomic_helper_damage_iter_* 迭代損傷區域，映射到 GPU 硬件的更新邏輯。
    • 實現 SCALING_FILTER 時，在 atomic_check 中驗證過濾器支持，配置硬件縮放寄存器。
    • 檢查硬件手冊（如 Intel 或 AMD 的顯示引擎文檔）以確認支持的損傷/縮放功能。
  • 調試：
    • 使用 DRM_DEBUG_KMS 日志檢查屬性設置是否正確。
    • 驗證 FB_DAMAGE_CLIPS 的矩形坐標是否有效（非負，x2/y2 獨占）。
    • 確保 SCALING_FILTER 的 supported_filters 包含 DEFAULT。

總結

  • FB_DAMAGE_CLIPS：一個 Blob 屬性，允許用戶空間指定幀緩沖區的變化區域，優化 GPU 渲染和傳輸效率，特別適合虛擬化或低功耗場景。驅動可選擇性更新區域，但用戶空間需渲染完整幀緩沖區。
  • SCALING_FILTER：一個枚舉屬性，控制平面縮放的過濾算法，影響圖像質量，適合高分辨率或特定視覺需求（如游戲）。驅動必須支持默認過濾器并驗證硬件兼容性。

兩者通過 drm_plane.c 的函數暴露給用戶空間，與 GPU 的顯示硬件（如縮放單元、DMA 引擎）直接交互。

三、Android應用層到DRM Plane的流程

1. Android 與 DRM 的交互位置

在 Android 上，SurfaceFlinger / HWC（Hardware Composer HAL） 并不會直接寫寄存器去驅動顯示，而是通過內核 DRM/KMS 驅動 提供的 ioctl 接口 來完成顯存分配、模式設置、atomic 提交等操作。

這些 ioctl 入口大部分在 drivers/gpu/drm/drm_ioctl.c 和 drivers/gpu/drm/drm_mode_object.c 中實現，核心接口是 drm_mode_* 系列。

2. drm_ioctl.c 里和 Android 相關的 ioctl

關鍵 ioctl（用戶態可調用，HWC/Gralloc 會用到的）包括：

  • 資源查詢類

    • DRM_IOCTL_MODE_GETRESOURCES → 獲取 CRTC / Connector / Encoder 列表

    • DRM_IOCTL_MODE_GETCRTC / DRM_IOCTL_MODE_GETCONNECTOR / DRM_IOCTL_MODE_GETENCODER → 查詢硬件資源狀態

  • 緩沖區管理類（Gralloc）

    • DRM_IOCTL_MODE_CREATE_DUMB → 創建 dumb buffer（簡單 framebuffer，用于測試或 fallback）

    • DRM_IOCTL_PRIME_FD_TO_HANDLE / DRM_IOCTL_PRIME_HANDLE_TO_FD → buffer 共享（dma-buf 機制），Android Gralloc 常用

  • 顯示模式 / 原子操作類（HWC）

    • DRM_IOCTL_MODE_SETCRTC → legacy 模式設置

    • DRM_IOCTL_MODE_PAGE_FLIP → 翻頁顯示（傳統方式）

    • DRM_IOCTL_MODE_ATOMIC → 原子操作接口（HWC2 通常走這個）

3. Android HWC / Gralloc 與 DRM 的對應關系

  • Gralloc HAL

    • 負責分配顯存 buffer，一般通過 GBM (Generic Buffer Manager) 或 Ion/DMABUF 分配，再通過 PRIME fd 傳給 DRM

    • ioctl 重點是 CREATE_DUMB, PRIME_*

  • HWC HAL

    • 負責控制顯示輸出（overlay 組合、VSync、顯示提交）

    • 早期 Android 使用 SETCRTC + PAGE_FLIP，現在多數廠商實現 HWC2 時會調用 DRM_IOCTL_MODE_ATOMIC 來提交 plane/crtc/connector 的設置

4. DRM 四大對象的 ioctl 操作對應關系

你提到的 CRTC / Connector / Encoder / Plane 這四類對象，在 DRM 內核里都繼承自 drm_mode_object，最終都可以通過 drm_mode_* ioctl 系列操作：

  • CRTC（顯示控制器） → DRM_IOCTL_MODE_GETCRTC, SETCRTC, ATOMIC

  • Connector（面板/接口，比如 HDMI, DSI） → DRM_IOCTL_MODE_GETCONNECTOR, ATOMIC

  • Encoder（橋接器，CRTC 到 Connector 的轉換邏輯） → DRM_IOCTL_MODE_GETENCODER

  • Plane（圖層，Primary/Overlay/Cursor） → DRM_IOCTL_MODE_GETPLANE, ATOMIC

最終 Android HWC 調用 atomic 提交時，是把一組 對象 + 屬性值（crtc_id, connector_id, plane_id 以及對應的 fb_id, src/dst rect, mode_id 等）一次性傳到內核 → drm_mode_atomic_ioctl() → 內核再調用具體廠商驅動的 atomic_check / atomic_commit 來落地。

? 總結：
是的，Android 操作 DRM 主要是通過 drm_ioctl.c 中的 drm_mode_* ioctl 來實現對 crtc / connector / encoder / plane 的操作。

  • Gralloc → 側重 buffer 分配 + PRIME fd handle

  • HWC → 側重 DRM_IOCTL_MODE_ATOMIC 原子提交

四、Android DRM歷史

1. 背景：Android 顯示棧

在 Android 中，顯示子系統大概分三層：

  • Gralloc (Graphics Allocator HAL)
    用于分配 GPU/顯示 buffer（顯存或系統內存中的顯存緩沖區），供 SurfaceFlinger、HWC 等使用。

  • HWC (Hardware Composer HAL)
    負責把多個 Layer 合成，最終交給顯示控制器（Display Controller / DRM）顯示。

  • SurfaceFlinger
    Android 的合成服務，決定哪些圖層由 GPU 合成，哪些交給 HWC。

Android 8.0 開始強制 HWC2 接口，Android 10 開始引入 drm_hwcomposer，直接基于 DRM/KMS。

2. DRM Atomic 操作

Linux DRM/KMS 提供兩種模式：

  1. Legacy API（早期接口，如 drmModeSetCrtc()）

    • 不支持原子性，單獨設置 plane/crtc/connector。

  2. Atomic API（DRM_IOCTL_MODE_ATOMIC）

    • 支持一次性提交所有顯示屬性（plane、crtc、connector），保證硬件配置原子更新。

    • 適合 Android 這種多層 buffer 合成的場景。

3. Android HWC 是否使用 DRM Atomic？

是的，現代 Android 的 HWC 主要使用 Atomic API，理由是：

  • 一致性：合成時需要同時更新多個 plane，如果用 legacy API，可能出現 tearing（撕裂）或中間狀態。

  • 性能優化：Atomic 支持 非阻塞提交 (async commit) 和 fence (release/acquire fence)，這正好對應 Android HWC/Gralloc 的同步機制。

  • 多顯示器支持：Atomic 可以一次提交多個 CRTC 的配置，適合手機 + 外接顯示。

具體實現：

  • Android AOSP 有一個 drm_hwcomposer 項目（android_hardware_libhardware/drm_hwcomposer）。

  • 它在底層調用 DRM Atomic API 來實現：

    drmModeAtomicReq *req = drmModeAtomicAlloc(); 
drmModeAtomicAddProperty(req, plane_id, FB_ID, fb_id); 
drmModeAtomicCommit(fd, req, DRM_MODE_ATOMIC_NONBLOCK | DRM_MODE_PAGE_FLIP_EVENT, data);

  • 這就把 HWC2 的 presentDisplay() 映射到 DRM atomic commit。

4. Gralloc 和 DRM 的關系

  • Gralloc 本身不直接使用 atomic，它主要負責 buffer 分配和 handle/fd 管理（通常基于 GBM 或 ION/DMABUF）。

  • 但是分配的 buffer 會傳給 HWC，HWC 在調用 drmModeAtomicCommit 時使用這些 buffer。

  • 因此 Gralloc → HWC → DRM Atomic 形成完整鏈路。

5. 小結

  • HWC：是 Atomic 的直接用戶，通過 drm_hwcomposer 使用 DRM Atomic API。

  • Gralloc：不直接調用 DRM Atomic，只是提供 buffer（fd/dmabuf），最終由 HWC 交給 DRM。

  • Android 從 Android 10 開始全面切換到 Atomic 模式，之前部分平臺可能混用 legacy API。

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