linux DRM/KMS 测试工具 modetest、kmscude、igt-gpu-tools (一)

时间 2020-05-23

标签 linux drm kms 测试工具 modetest kmscude igt gpu tools 栏目 Linux 繁體版

原文原文链接

这里整理几个在学习Linux DRM/KMS中用到的几个工具，modetest、kmscude、igt-gpu-tools。

简介：

modetest

是由libdrm提供的测试程序，能够查询显示设备的支持情况，进行基本的显示测试，以及设置显示的模式。

kmscube

是由mesa3d提供和维护，这是一个基于 KMS/GBM/EGL/OPENGL ES2.0 测试用例。

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

是一个测试DRM drivers的测试工具集

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

测试环境和编译环境：

如未特别注明，全部的程序编译和测试均是在以下环境中进行的：

硬件环境：raspberry Pi 3 Model B

仍将环境：Linux alarm 5.6.13-1-ARCH #1 SMP Sat May 16 21:58:40 MDT 2020 aarch64 GNU/Linux

modetest

代码编译：

libdrm的下载连接：https://dri.freedesktop.org/libdrm/libdrm-2.4.100.tar.bz2

解压代码后，进入目录执行:

 
    # ./configure 
   
    # Make -j4

编译完成后会在目录libdrm-2.4.100/tests/modetest下生成 modetest 可执行文件。

modetest示例：

modetest的运行须要root权限。

首先这里给出一组显示示例，命令参数以下：

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

命令执行的console输出：

程序运行效果以下，经过HDM链接的显示器整屏的显示了渐变的斜条纹：

若是你运气不错，那么你能看到与我相同的显示效果，可是若是（likely()）运气差了点，不要紧，接下来会详细介绍modetest这些参数的由来。

首先经过--help参数能够查看modetest支持的所有选项，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.

能够看到参数一共分为3类。

Query options：提供查询操做，用于列举出connectors、encoders、framebuffers，CRTCs and planes，未指定参数时默认输出全部信息。

Test options：设定显示测试的参数。

Generic options: 指定打开设备节点，DRM/KMS对用户层来讲是一个标准的linux字符设备，其设备节点路径为/dev/dri/cardX、/dev/dri/renderX（之全部有两个设备节点这，涉及到DRM-Master 和 client相关的内容，这里能够简单的认为它们表明用一个设备）

如今咱们来看看如何实现一个这样的需求：经过HDMI链接的显示器输出一副分辨率为1920X1080的pattern图像。

这个需求很明确，经过HDMI输出分辨率为1920X1080的图像，Linux DRM/KMS 内核中和显示组件以下图所示：

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

咱们要作的就是找出一组connectors、encoders、framebuffers，CRTCs 和 planes的一个组合，使其能完成咱们的需求，步骤以下：

1. 找出与HDMI 相链接的connector

2. 在找到connectors后，要找出可与connector匹配的encoder，

3. 找到connector和encoder可用的CRTC，

4. 为CRTC配置合适plane

5. 为plane建立framebuffers，指定framebuffer大小，并填充pattern图像，framebuffer是惟一有用户层建立的内核对象，其他4个对象均是在DRM driver加载时注册的。

这里所谓的“找到”，就是获取各个组件在内核中的id号，即handle值。

handle有点像文件描述符，是一个32bits的整数，某个linux DRM/KMS内核对象经过handle导出，并在接收到用户的handle后找到该内核对象。

首先来找出与HDMI相关的connector，前面提到modetest具备查询功能，而参数-c list connectors能列举出因此的connector，查询结果以下：

    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 
  
   ...

输出了两组connector的详细（原始log较长，这里只截取关键部分），从log中的关键字可知，id=32的connector是与HDMI相链接的，而该connector是与id=31的encoder相连的，而且经过后面的props列表能够当前链接的CRTC_ID=140. modes列表这列出了connector支持的所有参数配置，即：

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

让咱们来回顾一下以前的测试命令：

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

对照一下modetest的参数项： -s <connector_id>[,<connector_id>][@<crtc_id>]:<mode>[-<vrefresh>][@<format>]

即 connector_id = 32，crtc_id =140， mode = 1920x1080，encoder和connector一般是一一对应的，在内核中这二者通常也是一同注册的，并经过函数drm_connector_attach_encoder()关联在一块儿。

mode咱们选择了 1920x1080。

因此 connector_id、crtc_id、mode就是这样来的。

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

接下里咱们分析-P这个参数的设定，前面已经知道connector_id=32是与crtc_id=140组合的，接下来咱们须要为crtc_id=140匹配一个可用的plane id。

列举CRCT和PLANE的命令以下（这里省略了不少内容，由于raspberry Pi 3的vc4 driver支持3个CRCT，每一个CRTC又支持10个plane，因此输出内容较多）:

 
    ./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

这里我选择了planes_id=173，选择的依据是possible crtcs = 0x00000004，即bit2=1，表示该plane可用于第3个crcts。

如何理解这里的第3个呢？前面说了CRCT都是经过id来标识的，第3个与crtc=140是关联不上的。

简单的理解是按照上述命令输出的CRCT信息顺序编号，好比第3个crct的id=140。

深层次的缘由是kernel中，每成功注册成功一个CRCT后，会把它加入到mode_config->crtc_list中，加入的同时它会得到一个index，而这个index基本上就是按CRCT注册的前后顺序来分配的了（crtc->index = config->num_crtc++）。

最后回到咱们下面这个命令：

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

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

即 plane_id=173, crct_id=140

<w>x<h>=1920x1080设置分辨率。

设置后咱们的链接情况以下：

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

buffer的建立是经过函数完成的，大小是从plane相匹配。

framebuffer是在modetest内部分配的，会根据设定的分辨率经过ioctl向驱动程序分配。

剩下的-a 和 -Ftiles两项，

“-a use atomic API“。

-F是指填充一种pattern，后面的值须要在modetest的源码里找，其余可用的值 tiles、smpte、plain、gradient。

参考连接：

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