linux DRM/KMS 測試工具 modetest、kmscude、igt-gpu-tools (一)

時間 2020-05-23

標籤 linux drm kms 測試工具 modetest kmscude igt gpu tools 欄目 Linux 简体版

原文原文鏈接

這裏整理幾個在學習Linux DRM/KMS中用到的幾個工具，modetest、kmscude、igt-gpu-tools。

簡介：

modetest

是由libdrm提供的測試程序，能夠查詢顯示設備的支持情況，進行基本的顯示測試，以及設置顯示的模式。

kmscube

是由mesa3d提供和維護，這是一個基於 KMS/GBM/EGL/OPENGL ES2.0 測試用例。

kmscube is a little demonstration program for how to drive bare metal graphics without a compositor like X11, wayland or similar, using DRM/KMS (kernel mode setting), GBM (graphics buffer manager) and EGL for rendering content using OpenGL or OpenGL ES.

igt-gpu-tools

是一個測試DRM drivers的測試工具集

IGT GPU Tools is a collection of tools for development and testing of the DRM drivers.

測試環境和編譯環境：

如未特別註明，全部的程序編譯和測試均是在以下環境中進行的：

硬件環境：raspberry Pi 3 Model B

仍將環境：Linux alarm 5.6.13-1-ARCH #1 SMP Sat May 16 21:58:40 MDT 2020 aarch64 GNU/Linux

modetest

代碼編譯：

libdrm的下載連接：https://dri.freedesktop.org/libdrm/libdrm-2.4.100.tar.bz2

解壓代碼後，進入目錄執行:

 
    # ./configure 
   
    # Make -j4

編譯完成後會在目錄libdrm-2.4.100/tests/modetest下生成 modetest 可執行文件。

modetest示例：

modetest的運行須要root權限。

首先這裏給出一組顯示示例，命令參數以下：

 
    ./modetest -M vc4 -D 0 -a -s 32@140:1920x1080  -P 173@140:1920x1080 -Ftiles 
   

命令執行的console輸出：

程序運行效果以下，經過HDM鏈接的顯示器整屏的顯示了漸變的斜條紋：

若是你運氣不錯，那麼你能看到與我相同的顯示效果，可是若是（likely()）運氣差了點，不要緊，接下來會詳細介紹modetest這些參數的由來。

首先經過--help參數能夠查看modetest支持的所有選項，以下：

 
    ./modetest --help 
   
    usage: /home/alarm/workspace/linux/libdrm-2.4.100/tests/modetest/.libs/lt-modetest [-acDdefMPpsCvw] 
   
    Query options: 
   
        -c    list connectors 
   
        -e    list encoders 
   
        -f    list framebuffers 
   
        -p    list CRTCs and planes (pipes) 
   
    Test options: 
   
        -P <plane_id>@<crtc_id>:<w>x<h>[+<x>+<y>][*<scale>][@<format>]    set a plane 
   
        -s <connector_id>[,<connector_id>][@<crtc_id>]:<mode>[-<vrefresh>][@<format>]    set a mode 
   
        -C    test hw cursor 
   
        -v    test vsynced page flipping 
   
        -w <obj_id>:<prop_name>:<value>    set property 
   
        -a     use atomic API 
   
        -F pattern1,pattern2    specify fill patterns 
   
    Generic options: 
   
        -d    drop master after mode set 
   
        -M module    use the given driver 
   
        -D device    use the given device 
   
        Default is to dump all info.

能夠看到參數一共分爲3類。

Query options：提供查詢操做，用於列舉出connectors、encoders、framebuffers，CRTCs and planes，未指定參數時默認輸出全部信息。

Test options：設定顯示測試的參數。

Generic options: 指定打開設備節點，DRM/KMS對用戶層來講是一個標準的linux字符設備，其設備節點路徑爲/dev/dri/cardX、/dev/dri/renderX（之全部有兩個設備節點這，涉及到DRM-Master 和 client相關的內容，這裏能夠簡單的認爲它們表明用一個設備）

如今咱們來看看如何實現一個這樣的需求：經過HDMI鏈接的顯示器輸出一副分辨率爲1920X1080的pattern圖像。

這個需求很明確，經過HDMI輸出分辨率爲1920X1080的圖像，Linux DRM/KMS 內核中和顯示組件以下圖所示：

Userspace-Created drm framebuffer 2 drm framebuffer I Static Objects drm_plane B drm crtc drm encoder A drm_plane A drm encoder B Hotpluggable drm connector A drm connector B

咱們要作的就是找出一組connectors、encoders、framebuffers，CRTCs 和 planes的一個組合，使其能完成咱們的需求，步驟以下：

1. 找出與HDMI 相鏈接的connector

2. 在找到connectors後，要找出可與connector匹配的encoder，

3. 找到connector和encoder可用的CRTC，

4. 爲CRTC配置合適plane

5. 爲plane建立framebuffers，指定framebuffer大小，並填充pattern圖像，framebuffer是惟一有用戶層建立的內核對象，其他4個對象均是在DRM driver加載時註冊的。

這裏所謂的「找到」，就是獲取各個組件在內核中的id號，即handle值。

handle有點像文件描述符，是一個32bits的整數，某個linux DRM/KMS內核對象經過handle導出，並在接收到用戶的handle後找到該內核對象。

首先來找出與HDMI相關的connector，前面提到modetest具備查詢功能，而參數-c list connectors能列舉出因此的connector，查詢結果以下：

    sudo ./modetest -M vc4 
   -c 
  
    Connectors: 
  
    id    encoder    status        name        size (mm)    modes    encoders 
  
   32    31    connected    HDMI-A-1           550x310        39    31 
  
   modes: 
  
        name refresh (Hz) hdisp hss hse htot vdisp vss vse vtot) 
  
      1920x1080 60 1920 2008 2052 2200 1080 1084 1089 1125 148500 flags: phsync, pvsync; type: preferred, driver 
  
   ... 
  
    props: 
  
        20 CRTC_ID: 
  
            flags: object 
  
            value: 140 
  
    ... 
  
   47    0    unknown    composite-1        0x0        1    46 
  
   ...

輸出了兩組connector的詳細（原始log較長，這裏只截取關鍵部分），從log中的關鍵字可知，id=32的connector是與HDMI相鏈接的，而該connector是與id=31的encoder相連的，而且經過後面的props列表能夠當前鏈接的CRTC_ID=140. modes列表這列出了connector支持的所有參數配置，即：

     CRCT(ID=140) --> ENCODER(ID=31) --> CONNECTED(ID=32) --> HDMI 
   

讓咱們來回顧一下以前的測試命令：

 
    ./modetest -M vc4 -D 0 -a -s 32@140:1920x1080  -P 173@140:1920x1080 -Ftiles 
   

對照一下modetest的參數項： -s <connector_id>[,<connector_id>][@<crtc_id>]:<mode>[-<vrefresh>][@<format>]

即 connector_id = 32，crtc_id =140， mode = 1920x1080，encoder和connector一般是一一對應的，在內核中這二者通常也是一同註冊的，並經過函數drm_connector_attach_encoder()關聯在一塊兒。

mode咱們選擇了 1920x1080。

因此 connector_id、crtc_id、mode就是這樣來的。

列出 encoder：

./modetest -M vc4 -e

Encoders:

id crtc type possible crtcs possible clones

31 140 TMDS 0x00000004 0x00000000

46 0 TVDAC 0x00000004 0x00000000

52 0 Virtual 0x00000002 0x00000000

接下里咱們分析-P這個參數的設定，前面已經知道connector_id=32是與crtc_id=140組合的，接下來咱們須要爲crtc_id=140匹配一個可用的plane id。

列舉CRCT和PLANE的命令以下（這裏省略了不少內容，由於raspberry Pi 3的vc4 driver支持3個CRCT，每一個CRTC又支持10個plane，因此輸出內容較多）:

 
    ./modetest -M vc4 -D 0 -p 
   
     CRTCs: 
   
     id        fb        pos        size 
   
     58        0        (0,0)        (0x0) 
   
     99        0        (0,0)        (0x0) 
   
    140        178        (0,0)        (1920x1080) 
   
     1920x1080 60 1920 2008 2052 2200 1080 1084 1089 1125 148500 flags: phsync, pvsync; type: preferred, driver 
   
     Planes: 
   
     id        crtc        fb        CRTC x,y        x,y        gamma size         
    possible crtcs 
   
     173        0           0        0,0             0,0        0                    
    0x00000004

這裏我選擇了planes_id=173，選擇的依據是possible crtcs = 0x00000004，即bit2=1，表示該plane可用於第3個crcts。

如何理解這裏的第3個呢？前面說了CRCT都是經過id來標識的，第3個與crtc=140是關聯不上的。

簡單的理解是按照上述命令輸出的CRCT信息順序編號，好比第3個crct的id=140。

深層次的緣由是kernel中，每成功註冊成功一個CRCT後，會把它加入到mode_config->crtc_list中，加入的同時它會得到一個index，而這個index基本上就是按CRCT註冊的前後順序來分配的了（crtc->index = config->num_crtc++）。

最後回到咱們下面這個命令：

 
    ./modetest -M vc4 -D 0 -a -s 32@140:1920x1080  -P 173@140:1920x1080 -Ftiles 
   

-P選項的命令格式：-P <plane_id>@<crtc_id>:<w>x<h>[+<x>+<y>][*<scale>][@<format>]

即 plane_id=173, crct_id=140

<w>x<h>=1920x1080設置分辨率。

設置後咱們的鏈接情況以下：

    PLANE(ID=173, W=1920, H=1080) 
  
          | 
  
        \ | / 
  
    CRCT(ID=140) --> ENCODER(ID=31) --> CONNECTED(ID=32) --> HDMI

buffer的建立是經過函數完成的，大小是從plane相匹配。

framebuffer是在modetest內部分配的，會根據設定的分辨率經過ioctl向驅動程序分配。

剩下的-a 和 -Ftiles兩項，

「-a use atomic API「。

-F是指填充一種pattern，後面的值須要在modetest的源碼裏找，其餘可用的值 tiles、smpte、plain、gradient。

參考連接：

1.https://www.kernel.org/doc/html/v4.10/gpu/index.html

2.https://gitlab.freedesktop.org/drm/igt-gpu-tools

3.https://gitlab.freedesktop.org/mesa/kmscube

4.https://wiki.st.com/stm32mpu/index.php?title=DRM_KMS_overview&printable=yes#How_to_use_the_framework

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