drm/tegra NVIDIA Tegra GPU 和显示驱动程序¶

NVIDIA Tegra SoC 通过 host1x 控制器支持一组显示、图形和视频功能。host1x 通过通道将其从 CPU 直接提供的推送缓冲区收集的命令流提供给其客户端。软件或块之间可以使用同步点进行同步。

直到但不包括 Tegra124（又名 Tegra K1），drm/tegra 驱动程序都支持内置 GPU，该 GPU 由 gr2d 和 gr3d 引擎组成。从 Tegra124 开始，GPU 基于 NVIDIA 桌面 GPU 架构，并由 drm/nouveau 驱动程序支持。

drm/tegra 驱动程序支持自 Tegra20 以来的 NVIDIA Tegra SoC 代。它有三个部分

一个 host1x 驱动程序，提供基础结构和对 host1x 服务的访问。

一个 KMS 驱动程序，支持显示控制器以及许多输出，例如 RGB、HDMI、DSI 和 DisplayPort。

一组自定义的用户空间 IOCTL，可用于通过 host1x 将作业提交到 GPU 和视频引擎。

驱动程序基础设施¶

各种 host1x 客户端需要绑定在一起形成一个逻辑设备，以便向用户公开其功能。支持此功能的基础结构在 host1x 驱动程序中实现。当驱动程序在基础结构中注册时，它会提供一个兼容字符串列表，指定它需要的设备。基础结构会创建一个逻辑设备，并扫描设备树以查找匹配的设备节点，将所需的客户端添加到列表中。单个客户端的驱动程序也向基础结构注册，并添加到逻辑 host1x 设备中。

一旦所有客户端都可用，基础结构将使用驱动程序提供的函数初始化逻辑设备，该函数将设置特定于子系统的位，并反过来初始化其每个客户端。

同样，当其中一个客户端被取消注册时，基础结构将通过回调到驱动程序来销毁逻辑设备，从而确保拆除特定于子系统的位，并依次销毁客户端。

Host1x 基础设施参考¶

struct host1x_bo_cache¶: host1x 缓冲区对象缓存

定义:

struct host1x_bo_cache {
    struct list_head mappings;
    struct mutex lock;
};

成员

mappings: 映射列表
lock: 同步对映射列表的访问

描述

请注意，条目不会定期从此缓存中逐出，而是需要显式释放。这主要用于 DRM/KMS，其中当删除此缓存中映射表示的缓冲区对象的最后一个引用时，缓存的引用将被释放。

struct host1x_client_ops¶: host1x 客户端操作

定义:

struct host1x_client_ops {
    int (*early_init)(struct host1x_client *client);
    int (*init)(struct host1x_client *client);
    int (*exit)(struct host1x_client *client);
    int (*late_exit)(struct host1x_client *client);
    int (*suspend)(struct host1x_client *client);
    int (*resume)(struct host1x_client *client);
};

成员

early_init: host1x 客户端早期初始化代码
init: host1x 客户端初始化代码
exit: host1x 客户端拆卸代码
late_exit: host1x 客户端后期拆卸代码
suspend: host1x 客户端挂起代码
resume: host1x 客户端恢复代码

struct host1x_client¶: host1x 客户端结构

定义:

struct host1x_client {
    struct list_head list;
    struct device *host;
    struct device *dev;
    struct iommu_group *group;
    const struct host1x_client_ops *ops;
    enum host1x_class class;
    struct host1x_channel *channel;
    struct host1x_syncpt **syncpts;
    unsigned int num_syncpts;
    struct host1x_client *parent;
    unsigned int usecount;
    struct mutex lock;
    struct host1x_bo_cache cache;
};

成员

list: host1x 客户端的列表节点
host: 指向表示 host1x 控制器的 struct device 的指针
dev: 指向支持此 host1x 客户端的 struct device 的指针
group: 此客户端所属的 IOMMU 组
ops: host1x 客户端操作
类: 此客户端表示的 host1x 类
channel: 与此客户端关联的 host1x 通道
syncpts: 为此客户端请求的同步点数组
num_syncpts: 为此客户端请求的同步点数
parent: 指向父结构的指针
usecount: 此结构的引用计数
lock: 用于互斥并发的互斥锁
cache: host1x 缓冲区对象缓存

struct host1x_driver¶: host1x 逻辑设备驱动程序

定义:

struct host1x_driver {
    struct device_driver driver;
    const struct of_device_id *subdevs;
    struct list_head list;
    int (*probe)(struct host1x_device *device);
    int (*remove)(struct host1x_device *device);
    void (*shutdown)(struct host1x_device *device);
};

成员

driver: 核心驱动程序
subdevs: 与此驱动程序的子设备匹配的 OF 设备 ID 表
list: 驱动程序的列表节点
probe: 在探测 host1x 逻辑设备时调用
remove: 在删除 host1x 逻辑设备时调用
shutdown: 在关闭 host1x 逻辑设备时调用

int host1x_device_init(struct host1x_device *device)¶: 初始化 host1x 逻辑设备

参数

struct host1x_device *device: host1x 逻辑设备

描述

host1x 逻辑设备的驱动程序可以在执行其 host1x_driver.probe 实现期间调用此函数，以初始化其每个客户端。客户端驱动程序使用 host1x_client.parent 字段和与之关联的驱动程序数据来访问子系统特定的驱动程序数据（通常通过调用 dev_get_drvdata()）。

int host1x_device_exit(struct host1x_device *device)¶: 取消初始化 host1x 逻辑设备

参数

struct host1x_device *device: host1x 逻辑设备

描述

当卸载 host1x 逻辑设备的驱动程序时，它可以调用此函数来拆卸其每个客户端。通常，这在删除特定于子系统的数据结构且不再可以使用该功能后完成。

int host1x_driver_register_full(struct host1x_driver *driver, struct module *owner)¶: 注册 host1x 驱动程序

参数

struct host1x_driver *driver: host1x 驱动程序
struct module *owner: 所有者模块

描述

host1x 逻辑设备的驱动程序调用此函数以向基础结构注册驱动程序。请注意，由于这些驱动程序是逻辑设备，因此驱动程序的注册实际上会触发逻辑设备的创建。将为每个 host1x 实例创建一个逻辑设备。

void host1x_driver_unregister(struct host1x_driver *driver)¶: 注销 host1x 驱动程序

参数

struct host1x_driver *driver: host1x 驱动程序

描述

从它绑定到的每个 host1x 逻辑设备中取消绑定驱动程序，从而有效地删除它们表示的子系统设备。

void __host1x_client_init(struct host1x_client *client, struct lock_class_key *key)¶: 初始化 host1x 客户端

参数

struct host1x_client *client: host1x 客户端
struct lock_class_key *key: 客户端特定互斥锁的锁类键

void host1x_client_exit(struct host1x_client *client)¶: 取消初始化 host1x 客户端

参数

struct host1x_client *client: host1x 客户端

int __host1x_client_register(struct host1x_client *client)¶: 注册 host1x 客户端

参数

struct host1x_client *client: host1x 客户端

描述

将 host1x 客户端注册到每个 host1x 控制器实例。请注意，每个客户端只会匹配其父 host1x 控制器，并且只会与该实例关联。一旦所有客户端都已注册到其父 host1x 控制器，基础设施将设置逻辑设备并调用 host1x_device_init()，这反过来将调用每个客户端的 host1x_client_ops.init 实现。

void host1x_client_unregister(struct host1x_client *client)¶: 注销 host1x 客户端

参数

struct host1x_client *client: host1x 客户端

描述

从其 host1x 控制器实例中移除 host1x 客户端。如果逻辑设备已初始化，它将被拆除。

Host1x 同步点参考¶

struct host1x_syncpt *host1x_syncpt_alloc(struct host1x *host, unsigned long flags, const char *name)¶: 分配一个同步点

参数

struct host1x *host: host1x 设备数据
unsigned long flags: HOST1X_SYNCPT_* 标志的位域
const char *name: 用于调试打印的同步点名称

描述

为调用者分配一个硬件同步点以供使用。然后，调用者拥有唯一的权限来更改同步点的值，直到再次释放它。

如果没有可用的空闲同步点，或指定了 NULL 名称，则返回 NULL。

u32 host1x_syncpt_id(struct host1x_syncpt *sp)¶: 检索同步点 ID

参数

struct host1x_syncpt *sp: host1x 同步点

描述

给定指向 struct host1x_syncpt 的指针，检索其 ID。此 ID 通常用作编程到寄存器中的值，用于控制硬件模块如何与同步点交互。

u32 host1x_syncpt_incr_max(struct host1x_syncpt *sp, u32 incrs)¶: 更新发送到硬件的值

参数

struct host1x_syncpt *sp: host1x 同步点
u32 incrs: 增量数

int host1x_syncpt_incr(struct host1x_syncpt *sp)¶: 从 CPU 增加同步点值，更新缓存

参数

struct host1x_syncpt *sp: host1x 同步点

int host1x_syncpt_wait(struct host1x_syncpt *sp, u32 thresh, long timeout, u32 *value)¶: 等待同步点达到给定值

参数

struct host1x_syncpt *sp: host1x 同步点
u32 thresh: 阈值
long timeout: 等待同步点达到给定值的最大时间
u32 *value: 同步点值的返回位置

struct host1x_syncpt *host1x_syncpt_request(struct host1x_client *client, unsigned long flags)¶: 请求同步点

参数

struct host1x_client *client: 请求同步点的客户端
unsigned long flags: 标志

描述

host1x 客户端驱动程序可以使用此函数分配同步点以供后续使用。此函数返回的同步点将专门为客户端保留。当不再使用同步点时，host1x 客户端驱动程序需要使用 host1x_syncpt_put() 释放它。

void host1x_syncpt_put(struct host1x_syncpt *sp)¶: 释放请求的同步点

参数

struct host1x_syncpt *sp: host1x 同步点

描述

释放先前使用 host1x_syncpt_request() 分配的同步点。当不再使用同步点时，host1x 客户端驱动程序应调用此函数。

u32 host1x_syncpt_read_max(struct host1x_syncpt *sp)¶: 读取最大同步点值

参数

struct host1x_syncpt *sp: host1x 同步点

描述

最大同步点值表示队列中有多少操作，无论是在通道中还是在软件线程中。

u32 host1x_syncpt_read_min(struct host1x_syncpt *sp)¶: 读取最小同步点值

参数

struct host1x_syncpt *sp: host1x 同步点

描述

最小同步点值是硬件中当前同步点值的阴影。

u32 host1x_syncpt_read(struct host1x_syncpt *sp)¶: 读取当前同步点值

参数

struct host1x_syncpt *sp: host1x 同步点

struct host1x_syncpt *host1x_syncpt_get_by_id(struct host1x *host, unsigned int id)¶: 通过 ID 获取同步点

参数

struct host1x *host: host1x 控制器
unsigned int id: 同步点 ID

struct host1x_syncpt *host1x_syncpt_get_by_id_noref(struct host1x *host, unsigned int id)¶: 通过 ID 获取同步点，但不增加引用计数。

参数

struct host1x *host: host1x 控制器
unsigned int id: 同步点 ID

struct host1x_syncpt *host1x_syncpt_get(struct host1x_syncpt *sp)¶: 增加同步点引用计数

参数

struct host1x_syncpt *sp: 同步点

struct host1x_syncpt_base *host1x_syncpt_get_base(struct host1x_syncpt *sp)¶: 获取与同步点关联的等待基址。

参数

struct host1x_syncpt *sp: host1x 同步点

u32 host1x_syncpt_base_id(struct host1x_syncpt_base *base)¶: 检索同步点等待基址的 ID。

参数

struct host1x_syncpt_base *base: host1x 同步点等待基址。

void host1x_syncpt_release_vblank_reservation(struct host1x_client *client, u32 syncpt_id)¶: 使 VBLANK 同步点可用于分配。

参数

struct host1x_client *client: host1x 总线客户端。
u32 syncpt_id: 要使其可用的同步点 ID。

描述

如果 VBLANK<i> 同步点在初始化时被保留，则使其可用于分配。显示驱动程序应在确保已禁用引导链配置的任何 VBLANK 增量编程后调用此函数。

KMS 驱动程序¶

在各种 Tegra SoC 代中，显示硬件在很大程度上保持了向后兼容性，直到 Tegra186，它引入了一些使参数化驱动程序难以支持的更改。

显示控制器¶

Tegra SoC 有两个显示控制器，每个控制器可以与零个或多个输出关联。输出也可以共享一个显示控制器，但前提是它们以兼容的显示时序运行。两个显示控制器也可以共享一个帧缓冲区，即使两个输出上的模式不匹配，也允许克隆配置。在 KMS 术语中，显示控制器被建模为 CRTC。

在 Tegra186 上，显示控制器的数量已增加到三个。显示控制器不再能够驱动所有输出。虽然其中两个控制器可以驱动两个 DSI 输出和两个 SOR 输出，但第三个控制器无法驱动任何 DSI。

窗口¶

显示控制器控制一组窗口，这些窗口可用于将多个缓冲区合成到屏幕上。虽然可以为各个窗口分配任意 Z 顺序（通过编程相应的混合寄存器），但驱动程序当前不支持此功能。相反，它将假定窗口的固定 Z 顺序（窗口 A 是根窗口，即最低的窗口，而窗口 B 和 C 叠加在窗口 A 之上）。覆盖窗口支持多种像素格式，并且可以在扫描输出时自动从 YUV 转换为 RGB。这使得它们对于显示视频内容很有用。在 KMS 中，每个窗口都被建模为一个平面。每个显示控制器都有一个硬件光标，该光标作为光标平面公开。

输出¶

支持的输出类型和数量在 Tegra SoC 代之间有所不同。所有代都至少支持 HDMI。虽然早期代支持非常简单的 RGB 接口（每个显示控制器一个），但最近的代不再支持，而是提供标准的接口，例如 DSI 和 eDP/DP。

输出被建模为合成的编码器/连接器对。

RGB/LVDS¶

自 Tegra124 以来，此接口不再可用。它已被更标准的 DSI 和 eDP 接口取代。

HDMI¶

所有 Tegra SoC 都支持 HDMI。从 Tegra210 开始，HDMI 由多功能的 SOR 输出提供，该输出支持 eDP、DP 和 HDMI。SOR 能够支持 HDMI 2.0，但目前尚未合并对它的支持。

DSI¶

尽管 Tegra 自 Tegra30 以来就支持 DSI，但控制器在 Tegra114 中发生了多次更改。由于在 Dalmore（Tegra114）之前的任何公开可用的开发板都没有使用 DSI，因此 drm/tegra 驱动程序仅支持 Tegra114 及更高版本。

eDP/DP¶

eDP 首次在 Tegra124 中引入，用于驱动笔记本电脑外形尺寸的显示面板。Tegra210 添加了对完整 DisplayPort 支持，但目前尚未在 drm/tegra 驱动程序中实现。

用户空间接口¶

drm/tegra 提供的用户空间接口允许应用程序创建 GEM 缓冲区、访问和控制同步点以及向 host1x 提交命令流。

GEM 缓冲区¶

DRM_IOCTL_TEGRA_GEM_CREATE IOCTL 用于创建具有 Tegra 特定标志的 GEM 缓冲区对象。这对于应平铺或应倒置扫描输出（对 3D 内容有用）的缓冲区很有用。

创建 GEM 缓冲区对象后，应用程序可以使用 DRM_IOCTL_TEGRA_GEM_MMAP IOCTL 返回的 mmap 偏移量来映射其内存。

同步点¶

可以通过执行 DRM_IOCTL_TEGRA_SYNCPT_READ IOCTL 来获取同步点的当前值。使用 DRM_IOCTL_TEGRA_SYNCPT_INCR IOCTL 来实现同步点的递增。

用户空间也可以请求在同步点上阻塞。为此，它需要执行 DRM_IOCTL_TEGRA_SYNCPT_WAIT IOCTL，指定要等待的同步点的值。当同步点达到该值或在指定的超时时间后，内核将释放应用程序。

命令流提交¶

在应用程序可以向 host1x 提交命令流之前，它需要使用 DRM_IOCTL_TEGRA_OPEN_CHANNEL IOCTL 打开到引擎的通道。客户端 ID 用于标识通道的目标。当不再需要通道时，可以使用 DRM_IOCTL_TEGRA_CLOSE_CHANNEL IOCTL 关闭通道。要检索与通道关联的同步点，应用程序可以使用 DRM_IOCTL_TEGRA_GET_SYNCPT。

打开通道后，提交命令流很容易。应用程序将命令写入 GEM 缓冲区对象支持的内存中，并将这些命令与各种其他参数（例如作业提交中使用的同步点或重定位）一起传递给 DRM_IOCTL_TEGRA_SUBMIT IOCTL。

Linux 内核

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