多平面覆盖（MPO）

注意

如果您已经阅读了“显示核心下一代 (DCN)”，您将从本页获得更多信息。

多平面覆盖（MPO）允许多个帧缓冲区通过显示控制器中的固定功能硬件进行合成，而不是使用图形或计算着色器进行合成。如果这意味着图形/计算管道可以进入低功耗状态，这可以节省一些功耗。总而言之，MPO 可以带来以下好处

  • 减少 GPU 和 CPU 工作负载 - 不需要合成着色器，不需要额外的缓冲区复制，GPU 可以保持空闲。

  • 平面独立的页面翻转 - 无需绑定到全局合成器页面翻转刷新率，降低延迟，独立定时。

注意

请记住，MPO 的重点是节省功耗；如果您想了解有关显示环境中的功耗节省的更多信息，请查看以下链接：电源。

多平面覆盖仅在使用 DRM 原子模型时可用。原子模型仅使用一个用户空间 IOCTL 来配置显示硬件（模式设置、页面翻转等）- drmModeAtomicCommit。要查询硬件资源和限制，用户空间还会调用 drmModeGetResources，该资源会报告平面、CRTC 和连接器的数量。驱动程序可以注册和使用三种类型的 DRM 平面

  • DRM_PLANE_TYPE_PRIMARY：主平面代表 CRTC 的“主”平面，主平面是 CRTC 模式设置和翻转操作操作的平面。

  • DRM_PLANE_TYPE_CURSOR：光标平面代表 CRTC 的“光标”平面。光标平面是由光标 IOCTL 操作的平面

  • DRM_PLANE_TYPE_OVERLAY：覆盖平面代表所有非主平面、非光标平面。一些驱动程序在内部将这些类型的平面称为“精灵”。

为了说明它的工作原理，让我们看一下向用户空间公开以下平面的设备

  • 4 个主平面（每个 CRTC 1 个）。

  • 4 个光标平面（每个 CRTC 1 个）。

  • 1 个覆盖平面（在 CRTC 之间共享）。

注意

请记住，不同的 ASIC 可能会公开其他数量的平面。

对于此硬件示例，我们有 4 个管道（如果您不知道 AMD 管道是什么意思，请查看“显示核心下一代 (DCN)”，部分“AMD 硬件管道”）。通常，大多数 AMD 设备都以管道拆分配置运行，以获得最佳的单显示器输出（例如，每个平面 2 个管道）。

用户空间典型的 MPO 配置 - 单个显示器上 1 个主平面 + 1 个覆盖平面 - 将看到 4 个管道正在使用，每个平面 2 个。

每个平面（主平面和覆盖平面）必须至少使用 1 个管道，因此对于我们用作示例的这个假设硬件，我们所有 CRTC 的平面总数绝对限制为 4 个。对于使用超过 4 个平面的显示配置，将拒绝原子提交。再次强调，重要的是要强调每个 DCN 都有不同的限制；在这里，我们只是试图提供概念性的想法。

平面限制

AMDGPU 对驱动程序中 DRM 平面的使用施加了限制。

对于不遵守这些限制的提交，将拒绝原子提交

  • 覆盖平面必须为 ARGB8888 或 XRGB8888 格式

  • 平面不能放置在 CRTC 目标矩形之外

  • 平面的缩小比例不能超过其原始大小的 1/4x

  • 平面的放大比例不能超过其原始大小的 16x

并非每个属性都可在每个平面上使用

  • 只有主平面具有色彩空间和非 RGB 格式支持

  • 只有覆盖平面具有 Alpha 混合支持

光标限制

在我们开始描述有关光标和 MPO 的一些限制之前，请参见下图

../../../_images/mpo-cursor.svg

左侧的图像表示 DRM 如何期望光标和平面进行混合。但是，AMD 硬件以不同的方式处理光标，如您在右侧看到的；基本上，我们的光标不能绘制在其关联平面之外，因为它被视为平面的一部分。另一个后果是，光标会继承平面的颜色和缩放比例。

由于上述行为，在处理 MPO 时，请勿使用旧版 API 设置光标平面；否则，您可能会遇到意外的行为。

简而言之，AMD HW 没有专用的光标平面。光标附加到另一个平面，因此会继承其父平面的任何缩放或颜色处理。

用例

画中画（PIP）播放 - 底层策略

视频播放应使用“主平面作为底层”MPO 策略完成。这是一个 2 个平面的配置

  • 1 个 YUV DRM 主平面（例如，NV12 视频）

  • 1 个 RGBA DRM 覆盖平面（例如，ARGB8888 桌面）。合成器应按如下方式为平面准备帧缓冲区：- 覆盖平面包含常规桌面 UI、视频播放器控件和视频字幕 - 主平面包含一个或多个视频

注意

请记住，我们可以将此配置扩展到更多平面，但我们的驱动程序目前尚不支持（也许如果我们将来有用户空间请求，我们可以更改它）。

请参见下面的单视频示例

../../../_images/single-display-mpo.svg

注意

我们可以将此行为扩展到更多平面，但我们的驱动程序目前尚不支持。

视频缓冲区应直接用于主平面。可以使用属性：CRTC_X、CRTC_Y、CRTC_W 和 CRTC_H 来缩放视频并将其放置在桌面上。主平面还应根据源内容设置颜色编码和颜色范围属性

  • COLOR_RANGE、COLOR_ENCODING

覆盖平面应为 CRTC 的本机大小。合成器必须为视频在桌面上的放置位置绘制一个透明的切口（即，将 Alpha 设置为零）。当主平面的帧缓冲区用于标准双缓冲播放时，覆盖平面的缓冲区可以保持静态。

合成器应创建一个与 CRTC 的本机大小匹配的 YUV 缓冲区。每个视频缓冲区都应合成到此 YUV 缓冲区，以进行直接 YUV 扫描输出。主平面应根据源内容设置颜色编码和颜色范围属性：COLOR_RANGE、COLOR_ENCODING。但是，请注意每个视频的源色彩空间和编码是否匹配，因为它会影响整个平面。

覆盖平面应为 CRTC 的本机大小。合成器必须为每个视频在桌面上的放置位置绘制一个透明的切口（即，将 Alpha 设置为零）。主平面视频将通过底层可见。当对视频缓冲区进行视频播放合成操作时，覆盖平面的缓冲区可以保持静态。

此内核接口使用 IGT GPU 工具进行验证。可以运行以下测试来验证在各种序列和与 DPMS 和 S3 等操作交互下的定位、混合、缩放

  • kms_plane@plane-panning-bottom-right-pipe-*-planes

  • kms_plane@plane-panning-bottom-right-suspend-pipe-*-

  • kms_plane@plane-panning-top-left-pipe-*-

  • kms_plane@plane-position-covered-pipe-*-

  • kms_plane@plane-position-hole-dpms-pipe-*-

  • kms_plane@plane-position-hole-pipe-*-

  • kms_plane_multiple@atomic-pipe-*-tiling-

  • kms_plane_scaling@pipe-*-plane-scaling

  • kms_plane_alpha_blend@pipe-*-alpha-basic

  • kms_plane_alpha_blend@pipe-*-alpha-transparant-fb

  • kms_plane_alpha_blend@pipe-*-alpha-opaque-fb

  • kms_plane_alpha_blend@pipe-*-constant-alpha-min

  • kms_plane_alpha_blend@pipe-*-constant-alpha-mid

  • kms_plane_alpha_blend@pipe-*-constant-alpha-max

多显示器 MPO

AMDGPU 在使用多个显示器时支持显示 MPO；但是，此功能行为在很大程度上依赖于合成器的实现。请记住，用户空间可以定义不同的策略。例如，某些操作系统可以使用 MPO 来保护处理视频播放的平面；请注意，对于单个显示器，我们没有太多限制。尽管如此，对于多显示器场景，此操作可能具有更多限制。下面的示例显示了两个显示器中间的视频播放，并且由合成器来定义如何处理它的策略

../../../_images/multi-display-hdcp-mpo.svg

让我们讨论一下我们在使用带有 MPO 的多显示器时遇到的一些硬件限制。

限制

为了简单起见，在讨论硬件限制时，本文档假设一个示例，其中我们有两个显示器，并且视频播放将在不同的显示器之间移动。

  • 硬件限制

从 DCN 概述页面中，每个显示器至少需要一个管道，每个 MPO 平面需要另一个管道。因此，当视频在两个显示器的中间时，我们需要使用 2 个管道。请参见下面的示例，其中我们避免了管道拆分

  • 1 个显示器（1 个管道）+ MPO（1 个管道），我们将使用两个管道

  • 2 个显示器（2 个管道）+ MPO（1-2 个管道）；我们将使用 4 个管道。在两个显示器中间的 MPO 需要 2 个管道。

  • 3 个显示器（3 个管道）+ MPO（1-2 个管道），我们需要 5 个管道。

如果我们使用带有多个显示器的 MPO，则用户空间必须决定启用多个 MPO，但代价是限制了支持的外部显示器的数量，或者禁用它以支持多个显示器；这是一个策略决定。例如

  • 当 ASIC 有 3 个管道时，AMD 硬件不支持 2 个带有 MPO 的显示器

  • 当 ASIC 有 4 个管道时，AMD 硬件不支持 3 个带有 MPO 的显示器

让我们简要探讨一下用户空间如何在仅支持三个管道的 ASIC 上处理这两个显示器配置。我们可以有

../../../_images/multi-display-hdcp-mpo-less-pipe-ex.svg

  • 管道总数为 3

  • 用户点亮 2 个显示器（使用了 3 个管道中的 2 个）

  • 用户启动视频（1 个管道用于 MPO）

  • 现在，如果用户将视频移动到 2 个显示器的中间，则视频的一部分将不会是 MPO，因为我们已经使用了 3/3 个管道。

  • 缩放限制

MPO 不能处理小于 0.25 和大于 x16 的缩放。例如

如果 4k 视频（3840x2160）在窗口模式下播放，则窗口的物理大小不能小于（960x540）。

注意

这些缩放限制可能因 ASIC 而异。

  • 大小限制

最小 MPO 大小为 12 像素。