Linux DRM显示驱动框架技术总结

简介

Direct Rendering Manager (DRM) 是现代Linux系统中的主流显示框架，专为支持当代显示硬件而设计。DRM框架的发展经历了多个重要里程碑，包括2008年引入的图形执行管理器(GEM)和2009年引入的内核模式设置(KMS)。

架构

DRM框架跨越三个不同的层次：

• 三层架构:
  • 用户空间层（浅绿色）
  • 内核空间层（浅蓝色）
  • 硬件层（浅黄色）
• 关键组件:
  • 应用程序和libdrm（用户空间）
  • 设备节点、KMS、GEM和GPU驱动（内核空间）
  • DPU、内存和GPU（硬件层）
• 组件间关系:
  • 通过连接线清晰展示了各组件之间的交互关系
  • 显示了从应用程序到硬件的完整数据流路径

三层详细说明：

1. 用户空间层:

   • 应用程序通过libdrm与DRM子系统交互，libdrm为内核级操作提供API封装
   • 框架支持缓冲区管理和显示控制的标准化接口

2. 内核空间层:

   • 包含通过设备节点(/dev/dri/cardX和/dev/dri/renderDX)访问的DRM核心组件
   • 核心子系统:
     • KMS (内核模式设置): 管理显示模式和配置
     • GEM (图形执行管理器): 处理图形对象的内存管理
     • DRM驱动: 提供特定硬件的实现
     • GPU驱动: 处理图形处理操作

3. 硬件层:

   • 与物理组件接口，包括:
     • DPU (显示处理单元)
     • 内存
     • GPU (图形处理单元)

核心组件

内核模式设置 (KMS)

KMS负责显示模式配置，提供用于控制CRTC、平面和帧缓冲区的API。它管理将像素从内存发送到显示屏的扫描过程。这允许无缝的VT切换并支持现代显示服务器架构，如Wayland。

图形执行管理器 (GEM)

GEM为图形对象提供内存管理服务，将它们的创建和内存分配分为不同的操作。它通过标准化接口处理进程和驱动程序之间的缓冲区共享。

帧缓冲区管理

该框架实现了复杂的帧缓冲区处理，支持无闪烁显示更新的原子更新、同步帧更新的垂直同步和多平面合成等操作。

高级功能

DRM支持众多高级功能，包括:

• 动态资源分配
• 用于硬件合成的多显示平面
• 用于协调操作的栅栏同步
• 无闪烁更新的原子模式设置
• 无撕裂渲染的垂直同步支持
• 用于多GPU支持和驱动程序之间缓冲区共享的PRIME

重要性

DRM框架代表了显示框架的重大进步，提供了支持硬件加速、现代合成技术和复杂显示管理的统一架构，同时为应用程序维护一致的API。