VGA 仲裁器¶
图形设备通过 I/O 或内存空间中的范围进行访问。虽然大多数现代设备允许重新定位此类范围，但在 PCI 上实现的一些“旧式” VGA 设备通常会具有与 ISA 上相同的“硬解码”地址。有关更多详细信息，请参阅“PCI 总线绑定到 IEEE Std 1275-1994 标准的启动（初始化配置）固件版本 2.1”第 7 节，旧式设备。
当同一台机器上存在多个旧式设备时，X 服务器 [0] 中的资源访问控制 (RAC) 模块用于旧式 VGA 仲裁任务（以及其他总线管理任务）。但当这些设备尝试被不同的用户空间客户端（例如，两个并行服务器）访问时，就会出现问题。它们的地址分配会冲突。此外，理想情况下，作为用户空间应用程序，控制总线资源不是 X 服务器的角色。因此，需要 X 服务器之外的仲裁方案来控制这些资源的共享。本文档介绍了为 Linux 内核实现的 VGA 仲裁器的操作。
vgaarb 内核/用户空间 ABI¶
vgaarb 是 Linux 内核的一个模块。当它最初加载时，它会扫描所有 PCI 设备并将 VGA 设备添加到仲裁中。然后，仲裁器启用/禁用不同 VGA 设备上旧式指令的解码。不想要/不需要使用仲裁器的设备可以通过调用 vga_set_legacy_decoding() 显式告知仲裁器。
内核向客户端导出一个字符设备接口 (/dev/vga_arbiter)，它具有以下语义
- 打开
打开仲裁器的用户实例。默认情况下，它附加到系统的默认 VGA 设备。
- 关闭
关闭用户实例。释放用户锁定的锁。
- 读取
返回一个字符串，指示目标的状态，例如
“<card_ID>,decodes=<io_state>,owns=<io_state>,locks=<io_state> (ic,mc)”
IO 状态字符串的形式为 {io,mem,io+mem,none}，mc 和 ic 分别是内存和 IO 锁定计数（仅用于调试/诊断）。“decodes” 指示卡当前解码的内容，“owns” 指示当前在其上启用的内容，“locks” 指示此卡锁定的内容。如果卡被拔出，则 card_ID 将变为 “invalid”，并且在目标设置为新卡之前，任何命令都会返回 -ENODEV 错误。
- 写入
向仲裁器写入命令。命令列表
- target <card_ID>
将目标切换到卡 <card_ID>（见下文）
- lock <io_state>
获取目标上的锁（“none” 是无效的 io_state）
- trylock <io_state>
在目标上非阻塞地获取锁（如果失败则返回 EBUSY）
- unlock <io_state>
释放目标上的锁
- unlock all
释放此用户（尚未实现）持有的目标上的所有锁
- decodes <io_state>
设置卡的旧式解码属性
- poll
如果任何卡（不仅仅是目标卡）上发生更改，则会产生事件
card_ID 的形式为 “PCI:domain:bus:dev.fn”。它可以设置为 “default” 以返回到系统默认卡（TODO：尚未实现）。目前，仅支持 PCI 作为前缀，但即使当前内核实现不支持，用户空间 API 将来也可能支持其他总线类型。
关于锁定的说明
驱动程序会跟踪哪个用户在哪个卡上拥有哪些锁。它支持堆叠，类似于内核中的堆叠。这使得实现变得有点复杂，但使仲裁器对用户空间问题更具容错性，并且能够在进程终止时正确清理。目前，对于给定的仲裁器用户（文件描述符实例），最多 16 个卡可以同时从用户空间发出锁。
在热插拔设备的情况下，有一个挂钩 - pci_notify() - 用于通知系统添加/删除的设备，并在仲裁器中自动添加/删除它们。
如果 DRM、vgacon 或其他驱动程序想要使用仲裁器，则仲裁器还有一个内核 API。
内核接口¶
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int vga_get_interruptible(struct pci_dev *pdev, unsigned int rsrc)¶
参数
struct pci_dev *pdevVGA 卡的 pci 设备，如果为 NULL，则为系统默认设备
unsigned int rsrc要获取和锁定的资源的位掩码
描述
vga_get 的快捷方式，其中 interruptible 设置为 true。
成功后，使用 vga_put() 再次释放 VGA 资源。
参数
struct pci_dev *pdevVGA 卡的 pci 设备，如果为 NULL，则为系统默认设备
unsigned int rsrc要获取和锁定的资源的位掩码
描述
vga_get 的快捷方式，其中 interruptible 设置为 false。
成功后，使用 vga_put() 再次释放 VGA 资源。
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struct pci_dev *vga_default_device(void)¶
返回默认 VGA 设备，用于 vgacon
参数
void无参数
描述
这可以由平台定义。默认实现相当简单，可能只能在单个 VGA 卡设置和/或 x86 平台上正常工作。
如果您的 VGA 默认设备不是 PCI，则您必须在此处返回 NULL。在这种情况下，我假设它不会与任何 PCI 卡冲突。如果不是这样，我将必须定义两个 arch 挂钩来启用/禁用 VGA 默认设备（如果可能的话）。这可能是真实的 _ISA_ VGA 卡以及 PCI 卡的问题。我目前不知道如何处理该卡。它们的 IO 是否可以完全禁用？如果不能，那么我认为问题在于拥有适当的 arch 挂钩来告诉我们，这样我们就基本上不允许任何人成功执行 vga_get()。
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int vga_remove_vgacon(struct pci_dev *pdev)¶
停用 VGA 控制台
参数
struct pci_dev *pdevPCI 设备。
描述
如果 pdev 是默认的 VGA 设备，则取消绑定和注销 vgacon。可以由 GPU 驱动程序在初始化时调用，以确保 vgacon 完成的 VGA 寄存器访问不会干扰设备。
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int vga_get(struct pci_dev *pdev, unsigned int rsrc, int interruptible)¶
获取 & 锁定 VGA 资源
参数
struct pci_dev *pdevVGA 卡的 PCI 设备，如果为 NULL，则为系统默认设备
unsigned int rsrc要获取和锁定的资源的位掩码
int interruptible阻塞是否应可被信号中断？
描述
获取给定卡的 VGA 资源，并将这些资源标记为已锁定。如果请求的资源是“正常”资源（而不是旧式资源），则仲裁器将首先检查该卡是否正在为该类型的资源进行旧式解码。如果可以，则将锁“转换”为旧式资源锁。
仲裁器将首先查找所有可能冲突的 VGA 卡，并禁用它们的 IO 和/或内存访问，包括必要时 P2P 桥上的 VGA 转发，以便可以使用请求的资源。然后，该卡将被标记为锁定这些资源，并且在该卡上启用 IO 和/或内存访问（包括父 P2P 桥上的 VGA 转发，如果有）。
如果某些冲突的卡已经锁定了一个所需的资源（或不同总线段上的任何资源，因为据我所知，P2P 桥不区分 VGA 内存和 IO），则此函数将阻塞。您可以指示此阻塞是否应可被信号中断（对于用户空间接口）或不可中断。
不得在中断时或原子上下文中调用。如果该卡已经拥有这些资源，则该函数成功。支持嵌套调用（维护每个资源的计数器）
成功后，使用 vga_put() 再次释放 VGA 资源。
成功时返回 0，失败时返回负错误代码。
返回值
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void vga_put(struct pci_dev *pdev, unsigned int rsrc)¶
释放对传统 VGA 资源的锁定
参数
struct pci_dev *pdevVGA 卡的 PCI 设备，如果为 NULL 则表示系统默认
unsigned int rsrc要释放的资源的位掩码
描述
释放之前由 vga_get() 或 vga_tryget() 锁定的资源。资源不会立即禁用，因此后续在同一张卡上调用 vga_get() 将会立即成功。资源有一个计数器，只有当计数器达到 0 时，锁定才会真正释放。
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void vga_set_legacy_decoding(struct pci_dev *pdev, unsigned int decodes)¶
参数
struct pci_dev *pdevVGA 卡的 PCI 设备
unsigned int decodes卡解码的传统区域的位掩码
描述
向仲裁器指示卡是否解码传统 VGA IO、传统 VGA 内存、两者都解码，或者都不解码。所有卡默认都解码两者。卡驱动程序（例如 fbdev）应告知仲裁器是否已禁用传统解码，以便将该卡排除在仲裁过程之外（并且可以随时安全地接收中断）。
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int vga_client_register(struct pci_dev *pdev, unsigned int (*set_decode)(struct pci_dev *pdev, bool decode))¶
注册或注销 VGA 仲裁客户端
参数
struct pci_dev *pdevVGA 客户端的 PCI 设备
unsigned int (*set_decode)(struct pci_dev *pdev, bool decode)VGA 解码更改回调
描述
客户端可以使用两种回调机制。
set_decode 回调：如果客户端可以禁用其 GPU VGA 资源，它将收到此回调以设置编码/解码状态。
理由：我们不能无条件地禁用 VGA 解码资源，因为某些单 GPU 笔记本电脑似乎需要 ACPI 或 BIOS 访问 VGA 寄存器来控制背光等。希望更新的多 GPU 笔记本电脑能够使用更合理的方式，而台式机则不会有任何特殊的 ACPI 来处理这种情况。当用户空间首次使用 VGA 仲裁时，驱动程序将收到回调，因为某些较旧的 X 服务器存在问题。
不检查是否已注册了 pdev 的客户端。
要注销，请调用 vga_client_unregister()。
返回值
成功返回 0，失败返回 -ENODEV
libpciaccess¶
为了使用 vga 仲裁器字符设备，在 libpciaccess 库中实现了一个 API。一个字段被添加到 struct pci_device（系统上的每个设备）
/* the type of resource decoded by the device */
int vgaarb_rsrc;
此外，在 pci_system 中添加了
int vgaarb_fd;
int vga_count;
struct pci_device *vga_target;
struct pci_device *vga_default_dev;
vga_count 用于跟踪正在仲裁的卡数。因此，例如，如果只有一张卡，那么它可以完全逃脱仲裁。
以下函数为给定的卡获取 VGA 资源，并将这些资源标记为已锁定。如果请求的资源是“正常”资源（而不是传统资源），则仲裁器将首先检查该卡是否正在为该类型的资源进行传统解码。如果是，则锁定将“转换为”传统资源锁定。仲裁器将首先查找所有可能冲突的 VGA 卡，并禁用它们的 IO 和/或内存访问，包括在必要时在 P2P 桥上进行 VGA 转发，以便可以使用请求的资源。然后，该卡被标记为锁定这些资源，并且该卡上的 IO 和/或内存访问被启用（包括在父 P2P 桥上的 VGA 转发（如果有））。在 vga_arb_lock() 的情况下，如果某些冲突的卡已锁定所需的资源之一（或者在不同总线段上的任何资源，因为 P2P 桥不知道 VGA 内存和 IO），该函数将阻塞。如果该卡已经拥有这些资源，则该函数会成功。vga_arb_trylock() 将返回 (-EBUSY) 而不是阻塞。支持嵌套调用（维护每个资源的计数器）。
设置此客户端的目标设备。
int pci_device_vgaarb_set_target (struct pci_device *dev);
例如，在 x86 中，如果同一总线上的两个设备想要锁定不同的资源，则两者都将成功（锁定）。如果设备位于不同的总线上并尝试锁定不同的资源，则只有第一个尝试者会成功。
int pci_device_vgaarb_lock (void);
int pci_device_vgaarb_trylock (void);
解锁设备的资源。
int pci_device_vgaarb_unlock (void);
向仲裁器指示卡是否解码传统 VGA IO、传统 VGA 内存、两者都解码，或者都不解码。所有卡默认都解码两者。卡驱动程序（例如 fbdev）应告知仲裁器是否已禁用传统解码，以便将该卡排除在仲裁过程之外（并且可以随时安全地接收中断）。
int pci_device_vgaarb_decodes (int new_vgaarb_rsrc);
连接到仲裁器设备，分配 struct
int pci_device_vgaarb_init (void);
关闭连接
void pci_device_vgaarb_fini (void);
xf86VGAArbiter（X 服务器实现）¶
X 服务器基本上包装了所有以某种方式接触 VGA 寄存器的函数。
参考资料¶
Benjamin Herrenschmidt (IBM?) 在 2005 年与 Xorg 社区讨论此设计时开始了这项工作 [1, 2]。在 2007 年末，Paulo Zanoni 和 Tiago Vignatti（均为 C3SL/巴拉那联邦大学）继续他的工作，增强了内核代码以适应作为内核模块，并完成了用户空间端的实现 [3]。现在 (2009)，Tiago Vignatti 和 Dave Airlie 最终将这项工作整理成形，并排队到 Jesse Barnes 的 PCI 树中。