Linux DRM基本概念与使用示例（C语言）

最新推荐文章于 2025-05-29 07:45:00 发布

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#linux #drm #C

一、前言

在本周的工作中为解决客户问题，查看awtk-linux-fb中的源码，其中对于里面关于DRM的内容很感兴趣，请教同事后又上网查了资料，本文对DRM的学习做了总结记录，并以C语言练习了DRM的使用。在此感谢回答我疑问的同事。

注：awtk-linux-fb是AWTK
针对arm-linux平台的移植，github仓库：https://github.com/zlgopen/awtk-linux-fb。

二、什么是DRM

DRM（ Direct Rendering Manager）即直接渲染管理器。它是为了解决多个程序对 Video Card 资源的协同使用问题而产生的。它向用户空间提供了一组 API，用以访问操纵 GPU。

简单理解，DRM是Linux下的图形渲染架构，用来管理显示输出和分配buffer。应用程序可以直接操纵 DRM的 ioctl 或者是用 framebuffer 提供的接口进行显示相关操作。后来封装成了 libdrm 库，让用户可以更加方便的进行显示控制。

三、DRM包含的基本概念

要弄明白 DRM 是怎么把用户的绘图输出到显示屏上，绕不开以下几个概念，具体关系如下图所示：

Framebuffer
CRTC
Encoder
Connector
Display Device(LCD)

3.1 DRM Framebuffer

它是一块内存区域，可以理解为一块画布，驱动和应用层都能访问它。绘制前需要将它格式化，设定绘制的色彩模式（例如RGB24，YUV 等）和画布的大小（分辨率）。

3.2 CRTC

阴极摄像管上下文。这个看名字很很难懂，但简单的来说他就是显示输出的上下文，可以理解为扫描仪。CRTC对内连接 Framebuffer 地址，对外连接 Encoder，会扫描 Framebuffer 上的内容，叠加上 Planes 的内容，最后传给Encoder。

3.3 Planes

平面。它和 Framebuffer 一样是内存地址。它的作用是干什么呢？打个比方，在电脑上，一边打字聊微信一边看电影，这里对立出来两个概念，打字是文字交互，是小范围更新的 Graphics 模式；看电影是全幅高速更新的 Video 模式，这两种模式将显卡的使用拉上了两个极端。

这时Planes就发挥了很好的作用，它给 Video 刷新提供了高速通道，使 Video 单独为一个图层，可以叠加在 Graphic 上或之下，并具有缩放等功能。

Planes 是可以有多个的，相当于图层叠加，因此扫描仪（CRTC）扫描的图像实际上往往是 Framebuffer 和 Planes 的组合（Blending）。

3.4 Encoder

编码器。它的作用就是将内存的 pixel 像素编码（转换）为显示器所需要的信号。简单理解就是，如果需要将画面显示到不同的设备（Display Device）上，需要将画面转化为不同的电信号，例如 DVID、VGA、YPbPr、CVBS、Mipi、eDP 等。

Encoder 和 CRTC 之间的交互就是我们所说的 ModeSetting，其中包含了前面提到的色彩模式、还有时序（Timing）等。

3.5 Connector

连接器。它常常对应于物理连接器 (例如 VGA, DVI, FPD-Link, HDMI, DisplayPort, S-Video等) ，它不是指物理线，在 DRM中，Connector 是一个抽象的数据结构，代表连接的显示设备，从Connector中可以得到当前物理连接的输出设备相关的信息，例如，连接状态，EDID数据，DPMS状态、支持的视频模式等。

四、DRM使用示例（C语言）

根据上文，可以知道 DRM 是一个显示驱动框架，也就是把功能封装成 open/close/ioctl 等标准接口，应用程序调用这些接口来驱动设备，显示数据。本文接下来将从使用者的角度来看，验证和使用DRM驱动。

DRM设备节点 ：DRM 驱动会在/ dev/dri 下创建3个设备节点：

card0
controlD64
renderD128

libdrm库 ：DRM驱动，对用户空间，提供了专门的的调用库libdrm.so，用户空间通过该库可以间接的调用和使用驱动。

4.1 打开设备

/* 打开设备有专门的接口：drmOpen ，但此处为方便，使用open函数 */
int fd = open("/dev/dri/card0", O_RDWR | O_CLOEXEC);
    if (fd < 0) {
   
   
        ret = -errno;
        fprintf(stderr, "cannot open '%s': %m\n", node);
        return ret;
    }

4.2 检查DRM的能力

DRM的能力通过drmGetCap接口获取，用drm_get_cap结构描述：

/** DRM_IOCTL_GET_CAP ioctl argument type */
struct drm_get_cap {
   
   
    __u64 capability;
    __u64 value;
};

int drmGetCap(int fd, uint64_t capability, uint64_t *value)
{
   
   
    struct drm_get_cap cap;
    int ret;

    memclear(cap);
    cap.capability = capability;

    ret = drmIoctl(fd, DRM_IOCTL_GET_CAP, &cap);
    if (ret)
        return ret;

    *value = cap.value;
    return 0;
}

使用示例：

        uint64_t has_dumb;
    if (drmGetCap(fd, DRM_CAP_DUMB_BUFFER, &has_dumb) < 0 || !has_dumb) {
   
   
        fprintf(stderr, "drm device '%s' does not support dumb buffers\n",
            node);
        close(fd);
        return -EOPNOTSUPP;
    }

4.3 检索Resource

获取Resource具体看以下函数：

drmModeResPtr drmModeGetResources(int fd)

Resource结构封装：

struct drm_mode_card_res {
   
   
    __u64 fb_id_ptr;
    __u64 crtc_id_ptr;
    __u64 connector_id_ptr;
    __u64 encoder_id_ptr;
    __u32 count_fbs;
    __u32 count_crtcs;
    __u32 count_connectors;
    __u32 count_encoders;</