DRM 驅動程序開發（VKMS）

前言

距離上一篇《DRM 驅動程序開發（開篇）》已經過去快整整1年了，如果再不更新的話，這個 DRM 系列教程很可能就夭折了。之所以現在才寫本文，主要有兩個原因：1. 本人工作內容發生變動。2. 始終沒找到合適的硬件平臺來做示例講解。其中第2點是我一直拖延的主要原因，因爲作爲示例教程，我希望它是硬件無關的，這樣即使大家沒有硬件環境也可以學習 DRM 驅動開發。可惜，最終找來找去也就 QEMU 比較可行，但需要自己開發模擬硬件，還在摸索中。

與其等到 QEMU 硬件開發完成（猴年馬月），不如先找個最簡單的 DRM 驅動程序講講，也不至於讓那些關注本教程的人苦苦等待。好了，那就讓我們直接上 VKMS 吧！

VKMS 簡介

VKMS 是 “Virtual Kernel Mode Setting” 的縮寫，它於2018年7月5日被合入到 linux-4.19 主線版本中，並存放在 drivers/gpu/drm/vkms 目錄下。之所以稱它爲 Virtual KMS，是因爲該驅動不需要真實的硬件，它完全是一個軟件虛擬的“顯示”設備，甚至連顯示都算不上，因爲當它運行時，你看不到任何顯示內容。它唯一能提供的，就是一個由高精度 timer 模擬的 VSYNC 中斷信號！該驅動存在的目的，主要是爲了 DRM 框架自測試，以及方便那些無頭顯示器設備的調試應用。雖然我們看不到 VKMS 的顯示效果，但是在驅動流程上，它實現了 modesetting 該有的基本操作。因其邏輯簡單，代碼量少，拿來做學習案例講解再好不過。

隨着內核版本的不斷升級，添加到 VKMS 的功能也越來越多，截止到目前最新的內核版本 kernel 5.7-rc2，該 VKMS 驅動已經集成了如下功能：

Atomic Modeset
VBlank
Dumb Buffer
Cursor & Primary Plane
Framebuffer CRC 校驗
Plane Composition
GEM Prime Import

linux-4.19-rc1 是 VKMS 的第一個版本，也最爲簡單，因此本文就以該版本爲例，並將其反向移植到 linux-4.14.143 上，同時對代碼做了進一步精簡，儘量避免細枝末節。下面就跟着我一起來學習，如何從0到1實現一個 VKMS 驅動吧！

示例 1

這是一個最簡單的 DRM 驅動代碼：

#include <drm/drmP.h>

static struct drm_device drm;

static struct drm_driver vkms_driver = {
	.name			= "vkms",
	.desc			= "Virtual Kernel Mode Setting",
	.date			= "20180514",
	.major			= 1,
	.minor			= 0,
};

static int __init vkms_init(void)
{
	drm_dev_init(&drm, &vkms_driver, NULL);
	drm_dev_register(&drm, 0);

	return 0;
}

module_init(vkms_init);

你沒看錯，就這麼幾行代碼！是不是顛覆了你對 DRM Driver 的認識？
我知道你在懷疑什麼，讓我們來看看這點代碼能給我們帶來些什麼。我們將該驅動以 build-in 方式編譯進內核，然後啓動內核，如果你在 kernel log 中仔細查找，會發現有如下 drm log：

[drm] Initialized vkms 1.0.0 20180514 for virtual device on minor 0

這些信息正是從上面的 name、date、major、minor 字段中獲取的。除此之外，DRM 框架還爲我們做了下面這些事情：

創建設備節點：/dev/dri/card0
創建 sysfs 節點：/sys/class/drm/card0
創建 debugfs 節點：/sys/kernel/debug/dri/0

當然，簡單是以犧牲功能爲代價的。該驅動目前什麼事情也做不了，你唯一能做的就是查看該驅動的名字：

$ cat /sys/kernel/debug/dri/0/name
vkms unique=vkms

你甚至都無法對 /dev/dri/card0 進行 open 操作，因爲該 vkms driver 都還沒有實現 fops 接口！

即使不添加任何 DRM 驅動，僅僅只是讓 DRM Core 代碼參與編譯，你會發現 DRM 框架已經爲我們創建好了如下調試節點：

/sys/class/drm/

/sys/kernel/debug/dri/

/sys/module/drm/parameters/

/sys/module/drm_kms_helper/parameters/

示例 2

接下來我們給 vkms 添加上 fops 操作接口。

#include <drm/drmP.h>

static struct drm_device drm;

static const struct file_operations vkms_fops = {
	.owner = THIS_MODULE,
	.open = drm_open,
	.release = drm_release,
	.unlocked_ioctl = drm_ioctl,
	.poll = drm_poll,
	.read = drm_read,
};

static struct drm_driver vkms_driver = {
	.fops			= &vkms_fops,

	.name			= "vkms",
	.desc			= "Virtual Kernel Mode Setting",
	.date			= "20180514",
	.major			= 1,
	.minor			= 0,
};

static int __init vkms_init(void)
{
	drm_dev_init(&drm, &vkms_driver, NULL);
	drm_dev_register(&drm, 0);

	return 0;
}

module_init(vkms_init);

有了 fops，我們就可以對 card0 進行 open / read 操作了。更重要的是，我們現在可以進行一些簡單的 ioctl 操作了！讓我們看看現在可以執行哪些 IOCTL：

IOCTL	Userspace API	描述
DRM_IOCTL_VERSION	drmGetVersion()	獲取 Driver 版本信息，即上面的 name、desc、date、major、minor 字段
DRM_IOCTL_GET_UNIQUE	drmGetBusid()	獲取 Bus ID
DRM_IOCTL_GET_MAGIC	drmGetMagic()	獲取 Magic Number，用於 GEM ioctl 權限檢查
DRM_IOCTL_AUTH_MAGIC	drmAuthMagic()	通過當前 Magic Number 獲取 GEM ioctl 的權限認證
DRM_IOCTL_GET_CLIENT	drmGetClient()	獲取當前 DRM 設備上的所有 client 進程
DRM_IOCTL_GET_CAP	drmGetCap()	獲取當前 DRM 設備所支持的能力
DRM_IOCTL_SET_CLIENT_CAP	drmSetClientCap()	告訴 DRM 驅動當前用戶進程所支持的能力
DRM_IOCTL_SET_MASTER	drmSetMaster()	獲取 DRM-Master 訪問權限
DRM_IOCTL_DROP_MASTER	drmDropMaster()	放棄 DRM-Master 訪問權限

到目前爲止，凡是和 modesetting 相關的操作，我們還是操作不了。

示例 3

添加 drm mode objects：

#include <drm/drmP.h>
#include <drm/drm_encoder.h>

static struct drm_device drm;
static struct drm_plane primary;
static struct drm_crtc crtc;
static struct drm_encoder encoder;
static struct drm_connector connector;

static const struct drm_plane_funcs vkms_plane_funcs;
static const struct drm_crtc_funcs vkms_crtc_funcs;
static const struct drm_encoder_funcs vkms_encoder_funcs;
static const struct drm_connector_funcs vkms_connector_funcs;

static const u32 vkms_formats[] = {
	DRM_FORMAT_XRGB8888,
};

static void vkms_modeset_init(void)
{
	drm_mode_config_init(&drm);

	drm_universal_plane_init(&drm, &primary, 0, &vkms_plane_funcs,
				 vkms_formats, ARRAY_SIZE(vkms_formats),
				 NULL, DRM_PLANE_TYPE_PRIMARY, NULL);

	drm_crtc_init_with_planes(&drm, &crtc, &primary, NULL, &vkms_crtc_funcs, NULL);

	drm_encoder_init(&drm, &encoder, &vkms_encoder_funcs, DRM_MODE_ENCODER_VIRTUAL, NULL);

	drm_connector_init(&drm, &connector, &vkms_connector_funcs, DRM_MODE_CONNECTOR_VIRTUAL);
}

static const struct file_operations vkms_fops = {
	.owner = THIS_MODULE,
	.open = drm_open,
	.release = drm_release,
	.unlocked_ioctl = drm_ioctl,
	.poll = drm_poll,
	.read = drm_read,
};

static struct drm_driver vkms_driver = {
	.driver_features = DRIVER_MODESET,
	.fops			= &vkms_fops,

	.name			= "vkms",
	.desc			= "Virtual Kernel Mode Setting",
	.date			= "20180514",
	.major			= 1,
	.minor			= 0,
};

static int __init vkms_init(void)
{
	drm_dev_init(&drm, &vkms_driver, NULL);

	vkms_modeset_init();

	drm_dev_register(&drm, 0);

	return 0;
}

module_init(vkms_init);

重點：

給 driver_features 添加上 DRIVER_MODESET 標誌位，告訴 DRM Core 當前驅動支持 modesetting 操作；
drm_mode_config_init() 初始化一些全局的數據結構。注意，那些 Standard Properties 就是在這裏創建的。
drm_xxx_init() 則分別用於創建 plane、crtc、encoder、connector 這4個 drm_mode_object。

由於上面4個 objects 在創建時，它們的 callback funcs 沒有賦初值，所以真正的 modeset 操作目前還無法正常執行，不過我們至少可以使用下面這些只讀的 modeset IOCTL 了：

IOCTL	Userspace API	描述
DRM_IOCTL_MODE_GETRESOURCES	drmModeGetResources()	獲取 fb、crtc、connector、encoder 資源列表，
DRM_IOCTL_MODE_GETPLANERESOURCES	drmModeGetPlaneResources()	獲取 Plane 資源列表
DRM_IOCTL_MODE_GETCRTC	drmModeGetCrtc()	獲取 CRTC 當前的狀態信息
DRM_IOCTL_MODE_GETPLANE	drmModeGetPlane()	獲取 Plane 當前的狀態信息
DRM_IOCTL_MODE_GETENCODER	drmModeGetEncoder()	獲取 Encoder 當前的狀態信息
DRM_IOCTL_MODE_GETCONNECTOR	drmModeGetConnector()	獲取 Connector 的當前狀態信息
DRM_IOCTL_MODE_GETPROPBLOB	drmModeGetPropertyBlob()	獲取1個 Property Blob 對象
DRM_IOCTL_MODE_CREATEPROPBLOB	drmModeCreatePropertyBlob()	創建1個 Property Blob 對象
DRM_IOCTL_MODE_DESTROYPROPBLOB	drmModeDestroyPropertyBlob()	銷燬1個 Property Blob 對象

示例 4

添加 FB 和 GEM 支持：

#include <drm/drmP.h>
#include <drm/drm_encoder.h>
#include <drm/drm_fb_cma_helper.h>
#include <drm/drm_gem_cma_helper.h>

static struct drm_device drm;
static struct drm_plane primary;
static struct drm_crtc crtc;
static struct drm_encoder encoder;
static struct drm_connector connector;

static const struct drm_plane_funcs vkms_plane_funcs;
static const struct drm_crtc_funcs vkms_crtc_funcs;
static const struct drm_encoder_funcs vkms_encoder_funcs;
static const struct drm_connector_funcs vkms_connector_funcs;

/* add here */
static const struct drm_mode_config_funcs vkms_mode_funcs = {
	.fb_create = drm_fb_cma_create,
};

static const u32 vkms_formats[] = {
	DRM_FORMAT_XRGB8888,
};

static void vkms_modeset_init(void)
{
	drm_mode_config_init(&drm);
	drm.mode_config.max_width = 8192;
	drm.mode_config.max_height = 8192;
	/* add here */
	drm.mode_config.funcs = &vkms_mode_funcs;

	drm_universal_plane_init(&drm, &primary, 0, &vkms_plane_funcs,
				 vkms_formats, ARRAY_SIZE(vkms_formats),
				 NULL, DRM_PLANE_TYPE_PRIMARY, NULL);

	drm_crtc_init_with_planes(&drm, &crtc, &primary, NULL, &vkms_crtc_funcs, NULL);

	drm_encoder_init(&drm, &encoder, &vkms_encoder_funcs, DRM_MODE_ENCODER_VIRTUAL, NULL);

	drm_connector_init(&drm, &connector, &vkms_connector_funcs, DRM_MODE_CONNECTOR_VIRTUAL);
}

static const struct file_operations vkms_fops = {
	.owner = THIS_MODULE,
	.open = drm_open,
	.release = drm_release,
	.unlocked_ioctl = drm_ioctl,
	.poll = drm_poll,
	.read = drm_read,
	/* add here */
	.mmap = drm_gem_cma_mmap,
};

static struct drm_driver vkms_driver = {
	.driver_features = DRIVER_MODESET | DRIVER_GEM,
	.fops			= &vkms_fops,

	/* add here */
	.dumb_create	= drm_gem_cma_dumb_create,
	.gem_vm_ops		= &drm_gem_cma_vm_ops,
	.gem_free_object_unlocked = drm_gem_cma_free_object,

	.name			= "vkms",
	.desc			= "Virtual Kernel Mode Setting",
	.date			= "20180514",
	.major			= 1,
	.minor			= 0,
};

static int __init vkms_init(void)
{
	drm_dev_init(&drm, &vkms_driver, NULL);

	vkms_modeset_init();

	drm_dev_register(&drm, 0);

	return 0;
}

module_init(vkms_init);

重點：

給 driver_features 添加上 DRIVER_GEM 標誌位，告訴 DRM Core 該驅動支持 GEM 操作；
dumb_create 回調接口用於創建 gem object，並分配物理 buffer。這裏直接使用 CMA helper 函數來實現；
fb_create 回調接口用於創建 framebuffer object，並綁定 gem objects。這裏直接使用 CMA helper 函數實現。
fops 中的 mmap 接口，用於將 dumb buffer 映射到 userspace，它依賴 drm driver 中的 gem_vm_ops 實現。這裏也直接使用 CMA helper 函數來實現。

現在，我們可以使用如下 IOCTL 來進行一些標準的 GEM 和 FB 操作了！

IOCTL	Userspace API	描述
DRM_IOCTL_MODE_CREATE_DUMB	dumb_bo_create()	創建一個 dumb buffer 對象
DRM_IOCTL_MODE_MAP_DUMB	dumb_bo_map()	將 dumb buffer 映射到用戶空間
DRM_IOCTL_MODE_DESTROY_DUMB	dumb_bo_destroy()	銷燬一個 dumb buffer 對象
DRM_IOCTL_MODE_ADDFB	drmModeAddFB()	向 DRM 驅動註冊一個 framebuffer object
DRM_IOCTL_MODE_ADDFB2	drmModeAddFB2()	drmModeAddFB() 的升級版
DRM_IOCTL_MODE_GETFB	drmModeGetFB()	獲取指定 ID 的 framebuffer object
DRM_IOCTL_MODE_RMFB	drmModeRmFB()	銷燬指定的 framebuffer object

示例 5

實現 callback funcs，添加 Legacy Modeset 支持（代碼量較大）：

#include <drm/drm_crtc_helper.h>
#include <drm/drm_plane_helper.h>
#include <drm/drm_fb_cma_helper.h>
#include <drm/drm_gem_cma_helper.h>

static struct drm_device drm;
static struct drm_plane primary;
static struct drm_crtc crtc;
static struct drm_encoder encoder;
static struct drm_connector connector;

static void vkms_crtc_dpms(struct drm_crtc *crtc, int mode)
{
}

static int vkms_crtc_mode_set(struct drm_crtc *crtc,
				struct drm_display_mode *mode,
				struct drm_display_mode *adjusted_mode,
				int x, int y, struct drm_framebuffer *old_fb)
{
	return 0;
}

static void vkms_crtc_prepare(struct drm_crtc *crtc)
{
}

static void vkms_crtc_commit(struct drm_crtc *crtc)
{
}

static int vkms_crtc_page_flip(struct drm_crtc *crtc,
				struct drm_framebuffer *fb,
				struct drm_pending_vblank_event *event,
				uint32_t page_flip_flags,
				struct drm_modeset_acquire_ctx *ctx)
{
	unsigned long flags;

	crtc->primary->fb = fb;
	if (event) {
		spin_lock_irqsave(&crtc->dev->event_lock, flags);
		drm_crtc_send_vblank_event(crtc, event);
		spin_unlock_irqrestore(&crtc->dev->event_lock, flags);
	}
	return 0;
}

static const struct drm_crtc_helper_funcs vkms_crtc_helper_funcs = {
	.dpms = vkms_crtc_dpms,
	.mode_set = vkms_crtc_mode_set,
	.prepare = vkms_crtc_prepare,
	.commit = vkms_crtc_commit,
};

static const struct drm_crtc_funcs vkms_crtc_funcs = {
	.set_config = drm_crtc_helper_set_config,
	.page_flip = vkms_crtc_page_flip,
	.destroy = drm_crtc_cleanup,
};

static const struct drm_plane_funcs vkms_plane_funcs = {
	.update_plane = drm_primary_helper_update,
	.disable_plane = drm_primary_helper_disable,
	.destroy = drm_plane_cleanup,
};

static int vkms_connector_get_modes(struct drm_connector *connector)
{
	int count;

	count = drm_add_modes_noedid(connector, 8192, 8192);
	drm_set_preferred_mode(connector, 1024, 768);

	return count;
}

static struct drm_encoder *vkms_connector_best_encoder(struct drm_connector *connector)
{
	return &encoder;
}

static const struct drm_connector_helper_funcs vkms_conn_helper_funcs = {
	.get_modes = vkms_connector_get_modes,
	.best_encoder = vkms_connector_best_encoder,
};


static const struct drm_connector_funcs vkms_connector_funcs = {
	.dpms = drm_helper_connector_dpms,
	.fill_modes = drm_helper_probe_single_connector_modes,
	.destroy = drm_connector_cleanup,
};

static const struct drm_encoder_funcs vkms_encoder_funcs = {
	.destroy = drm_encoder_cleanup,
};

static const struct drm_mode_config_funcs vkms_mode_funcs = {
	.fb_create = drm_fb_cma_create,
};

static const u32 vkms_formats[] = {
	DRM_FORMAT_XRGB8888,
};

static void vkms_modeset_init(void)
{
	drm_mode_config_init(&drm);
	drm.mode_config.max_width = 8192;
	drm.mode_config.max_height = 8192;
	drm.mode_config.funcs = &vkms_mode_funcs;

	drm_universal_plane_init(&drm, &primary, 0, &vkms_plane_funcs,
				 		vkms_formats, ARRAY_SIZE(vkms_formats),
				 		NULL, DRM_PLANE_TYPE_PRIMARY, NULL);

	drm_crtc_init_with_planes(&drm, &crtc, &primary, NULL, &vkms_crtc_funcs, NULL);
	drm_crtc_helper_add(&crtc, &vkms_crtc_helper_funcs);

	drm_encoder_init(&drm, &encoder, &vkms_encoder_funcs, DRM_MODE_ENCODER_VIRTUAL, NULL);

	drm_connector_init(&drm, &connector, &vkms_connector_funcs, DRM_MODE_CONNECTOR_VIRTUAL);
	drm_connector_helper_add(&connector, &vkms_conn_helper_funcs);
	drm_mode_connector_attach_encoder(&connector, &encoder);
}

static const struct file_operations vkms_fops = {
	.owner = THIS_MODULE,
	.open = drm_open,
	.release = drm_release,
	.unlocked_ioctl = drm_ioctl,
	.poll = drm_poll,
	.read = drm_read,
	.mmap = drm_gem_cma_mmap,
};

static struct drm_driver vkms_driver = {
	.driver_features	= DRIVER_MODESET | DRIVER_GEM,
	.fops			= &vkms_fops,

	.dumb_create	= drm_gem_cma_dumb_create,
	.gem_vm_ops		= &drm_gem_cma_vm_ops,
	.gem_free_object_unlocked = drm_gem_cma_free_object,

	.name			= "vkms",
	.desc			= "Virtual Kernel Mode Setting",
	.date			= "20180514",
	.major			= 1,
	.minor			= 0,
};

static int __init vkms_init(void)
{
	drm_dev_init(&drm, &vkms_driver, NULL);

	vkms_modeset_init();

	drm_dev_register(&drm, 0);

	return 0;
}

module_init(vkms_init);

重點：

xxx_funcs 必須有，xxx_helper_funcs 可以沒有。
drm_xxx_init() 必須有，drm_xxx_helper_add() 可以沒有。
只有當 xxx_funcs 採用 DRM 標準的 helper 函數實現時，才有可能 需要定義 xxx_helper_funcs 接口。
drmModeSetCrtc() ===> crtc_funcs.set_config()
drmModePageFlip() ===> crtc_funcs.page_flip()
drmModeSetPlane() ===> plane_funcs.update_plane()
drmModeGetConnector() ===> connector_funcs.fill_modes()
xxx_funcs.destroy() 接口必須實現。

提示：本示例中的 funcs 和 helper funcs 接口無法再精簡，否則運行時將出現 kernel crash！

helper 函數的作用：
drm_xxx_funcs 是 drm ioctl 操作的最終入口，但是對於大多數 SoC 廠商來說，它們的 drm_xxx_funcs 操作流程基本相同（你抄我，我抄你），只是在寄存器配置上存在差異，因此開發者們將那些 common 的操作流程做成了 helper 函數，而將那些廠商差異化的代碼放到了 drm_xxx_helper_funcs 中去，由 SoC 廠商自己實現。

有了各種 funcs 和 helper funcs，我們現在終於可以執行真正的 modeset 操作了，不過目前只支持 legacy modeset，趕緊使用《最簡單的DRM應用程序（single-buffer）》來驗證一下吧！

當前支持的 modeset IOCTL:

IOCTL	Userspace API	描述
DRM_IOCTL_MODE_SETCRTC	drmModeSetCrtc()	初始化整個硬件 pipeline 並顯示圖像
DRM_IOCTL_MODE_SETPLANE	drmModeSetPlane()	設置單個 Plane 的顯示參數
DRM_IOCTL_MODE_PAGE_FLIP	drmModePageFlip()	基於 VSYNC 同步機制的顯示刷新
DRM_IOCTL_MODE_GETPROPERTY	drmModeGetProperty()	根據 Property ID 獲取對應 Property 的值
DRM_IOCTL_MODE_SETPROPERTY	drmModeConnectorSetProperty()	根據 Property ID 設置對應 Property 的值，目前僅用於 Connector 對象

示例 6

將上面的 Legacy code 轉換爲 Atomic 版本：

#include <drm/drm_atomic_helper.h>
#include <drm/drm_crtc_helper.h>
#include <drm/drm_fb_cma_helper.h>
#include <drm/drm_gem_cma_helper.h>
#include <linux/hrtimer.h>

static struct drm_device drm;
static struct drm_plane primary;
static struct drm_crtc crtc;
static struct drm_encoder encoder;
static struct drm_connector connector;
static struct hrtimer vblank_hrtimer;

static enum hrtimer_restart vkms_vblank_simulate(struct hrtimer *timer)
{
	drm_crtc_handle_vblank(&crtc);

	hrtimer_forward_now(&vblank_hrtimer, 16666667);

	return HRTIMER_RESTART;
}

static void vkms_crtc_atomic_enable(struct drm_crtc *crtc,
				    struct drm_crtc_state *old_state)
{
	hrtimer_init(&vblank_hrtimer, CLOCK_MONOTONIC, HRTIMER_MODE_REL);
	vblank_hrtimer.function = &vkms_vblank_simulate;
	hrtimer_start(&vblank_hrtimer, 16666667, HRTIMER_MODE_REL);
}

static void vkms_crtc_atomic_disable(struct drm_crtc *crtc,
				     struct drm_crtc_state *old_state)
{
	hrtimer_cancel(&vblank_hrtimer);
}

static void vkms_crtc_atomic_flush(struct drm_crtc *crtc,
				   struct drm_crtc_state *old_crtc_state)
{
	unsigned long flags;

	if (crtc->state->event) {
		spin_lock_irqsave(&crtc->dev->event_lock, flags);
		drm_crtc_send_vblank_event(crtc, crtc->state->event);
		spin_unlock_irqrestore(&crtc->dev->event_lock, flags);

		crtc->state->event = NULL;
	}
}

static const struct drm_crtc_helper_funcs vkms_crtc_helper_funcs = {
	.atomic_enable	= vkms_crtc_atomic_enable,
	.atomic_disable	= vkms_crtc_atomic_disable,
	.atomic_flush	= vkms_crtc_atomic_flush,
};

static const struct drm_crtc_funcs vkms_crtc_funcs = {
	.set_config             = drm_atomic_helper_set_config,
	.page_flip              = drm_atomic_helper_page_flip,
	.destroy                = drm_crtc_cleanup,
	.reset                  = drm_atomic_helper_crtc_reset,
	.atomic_duplicate_state = drm_atomic_helper_crtc_duplicate_state,
	.atomic_destroy_state   = drm_atomic_helper_crtc_destroy_state,
};

static void vkms_plane_atomic_update(struct drm_plane *plane,
				      struct drm_plane_state *old_state)
{
}

static const struct drm_plane_helper_funcs vkms_plane_helper_funcs = {
	.atomic_update		= vkms_plane_atomic_update,
};

static const struct drm_plane_funcs vkms_plane_funcs = {
	.update_plane		= drm_atomic_helper_update_plane,
	.disable_plane		= drm_atomic_helper_disable_plane,
	.destroy			= drm_plane_cleanup,
	.reset				= drm_atomic_helper_plane_reset,
	.atomic_duplicate_state = drm_atomic_helper_plane_duplicate_state,
	.atomic_destroy_state	= drm_atomic_helper_plane_destroy_state,
};

static int vkms_conn_get_modes(struct drm_connector *connector)
{
	int count;

	count = drm_add_modes_noedid(connector, 8192, 8192);
	drm_set_preferred_mode(connector, 1024, 768);

	return count;
}

static const struct drm_connector_helper_funcs vkms_conn_helper_funcs = {
	.get_modes = vkms_conn_get_modes,
};

static const struct drm_connector_funcs vkms_connector_funcs = {
	.fill_modes = drm_helper_probe_single_connector_modes,
	.destroy = drm_connector_cleanup,
	.reset = drm_atomic_helper_connector_reset,
	.atomic_duplicate_state = drm_atomic_helper_connector_duplicate_state,
	.atomic_destroy_state = drm_atomic_helper_connector_destroy_state,
};

static const struct drm_encoder_funcs vkms_encoder_funcs = {
	.destroy = drm_encoder_cleanup,
};

static const struct drm_mode_config_funcs vkms_mode_funcs = {
	.fb_create = drm_fb_cma_create,
	.atomic_check = drm_atomic_helper_check,
	.atomic_commit = drm_atomic_helper_commit,
};

static const u32 vkms_formats[] = {
	DRM_FORMAT_XRGB8888,
};

static void vkms_modeset_init(void)
{
	drm_mode_config_init(&drm);
	drm.mode_config.max_width = 8192;
	drm.mode_config.max_height = 8192;
	drm.mode_config.funcs = &vkms_mode_funcs;

	drm_universal_plane_init(&drm, &primary, 0, &vkms_plane_funcs,
				 vkms_formats, ARRAY_SIZE(vkms_formats),
				 NULL, DRM_PLANE_TYPE_PRIMARY, NULL);
	drm_plane_helper_add(&primary, &vkms_plane_helper_funcs);

	drm_crtc_init_with_planes(&drm, &crtc, &primary, NULL, &vkms_crtc_funcs, NULL);
	drm_crtc_helper_add(&crtc, &vkms_crtc_helper_funcs);

	drm_encoder_init(&drm, &encoder, &vkms_encoder_funcs, DRM_MODE_ENCODER_VIRTUAL, NULL);

	drm_connector_init(&drm, &connector, &vkms_connector_funcs, DRM_MODE_CONNECTOR_VIRTUAL);
	drm_connector_helper_add(&connector, &vkms_conn_helper_funcs);
	drm_mode_connector_attach_encoder(&connector, &encoder);

	drm_mode_config_reset(&drm);
}

static const struct file_operations vkms_fops = {
	.owner = THIS_MODULE,
	.open = drm_open,
	.release = drm_release,
	.unlocked_ioctl = drm_ioctl,
	.poll = drm_poll,
	.read = drm_read,
	.mmap = drm_gem_cma_mmap,
};

static struct drm_driver vkms_driver = {
	.driver_features = DRIVER_MODESET | DRIVER_GEM | DRIVER_ATOMIC,
	.fops			= &vkms_fops,

	.dumb_create	= drm_gem_cma_dumb_create,
	.gem_vm_ops		= &drm_gem_cma_vm_ops,
	.gem_free_object_unlocked = drm_gem_cma_free_object,

	.name			= "vkms",
	.desc			= "Virtual Kernel Mode Setting",
	.date			= "20180514",
	.major			= 1,
	.minor			= 0,
};

static int __init vkms_init(void)
{
	drm_dev_init(&drm, &vkms_driver, NULL);

	vkms_modeset_init();

	drm_vblank_init(&drm, 1);

	drm.irq_enabled = true;

	drm_dev_register(&drm, 0);

	return 0;
}

module_init(vkms_init);

重點：

給 driver_features 添加上 DRIVER_ATOMIC 標誌位，告訴 DRM Core 該驅動支持 Atomic 操作。
drm_mode_config_funcs.atomic_commit() 接口是 atomic 操作的主要入口函數，必須實現。這裏直接使用 drm_atomic_helper_commit() 函數實現。
Atomic 操作依賴 VSYNC 中斷（即 VBLANK 事件），因此需要使用 hrtimer 來提供軟件中斷信號。在驅動初始化時調用 drm_vblank_init()，在 VSYNC 中斷處理函數中調用 drm_handle_vblank()。
在 plane/crtc/encoder/connector objects 初始化完成之後，一定要調用 drm_mode_config_reset() 來動態創建各個 pipeline 的軟件狀態（即 drm_xxx_state）。
與 Legacy 相比，Atomic 的 xxx_funcs 必須實現如下接口：
reset()
atomic_duplicate_state()
atomic_destroy_state()，
它們主要用於維護 drm_xxx_state 數據結構，不能省略！
drm_plane_helper_funcs.atomic_update() 必須實現！

終於，我們可以使用 drmModeAtomicCommit() 了，趕緊使用前面的《DRM應用程序進階（atomic-plane）》示例程序測試一下吧！

IOCTL	Userspace API	描述
DRM_IOCTL_MODE_ATOMIC	drmModeAtomicCommit()	不解釋
DRM_IOCTL_MODE_OBJ_GETPROPERTIES	drmModeObjectGetProperties()	根據 drm mode object 的 ID，獲取該 object 所擁有的所有 Property 對象
DRM_IOCTL_MODE_OBJ_SETPROPERTY	drmModeObjectSetProperty()	根據 drm mode object 的 ID，設置該 object 某個具體的 Property 對象的值

到這裏，一個 “最簡單” 的 Atomic 驅動程序也就完成了，雖然最終看起來並不那麼簡單。。。

總結

要實現一個 DRM KMS 驅動，通常需要實現如下代碼：

fops、drm_driver
dumb_create、fb_create、atomic_commit
drm_xxx_funcs、drm_xxx_helper_funcs
drm_xxx_init()、drm_xxx_helper_add()
drm_dev_init()、drm_dev_register()

但這都只是表象，核心仍然是上一篇《DRM 驅動程序開發（開篇）》中介紹的7個 objects，一切都圍繞着這幾個 objects 展開：

爲了創建 crtc/plane/encoder/connector objects，需要調用 drm_xxx_init()。
爲了創建 framebuffer object，需要實現 fb_create() callback。
爲了創建 gem object，需要實現 dumb_create() callback。
爲了創建 property objects，需要調用 drm_mode_config_init()。
爲了讓這些 objects 動起來，需要實現各種 funcs 和 helper funcs。
爲了支持 atomic 操作，需要實現 atomic_commit() callback。

結語

DRM Driver 是內核中一個較爲複雜的子系統，在內核社區的更新也十分活躍，但因其涉及到的知識點較多，教程寫起來難度也比較大，我想這也是爲什麼國內熟悉 DRM 驅動的人不在少數，卻很少有人能輸出 系統性 的 DRM 學習文檔，畢竟要寫好真的很難，而且大牛們真的都很忙。

希望我的文章，能爲那些還在 DRM 學習路上的小夥伴們提供幫助，解答他們心中的疑惑。下一篇，我將介紹 DRM GEM 相關的知識，敬請期待！

最後，送上 VKMS 社區簡化版（相比本文的示例，更接近於 kernel 4.19 版本）：vkms_drv.c

源碼下載

我的碼雲：vkms

參考資料

kernel doc: drm/vkms Virtual Kernel Modesetting
drm/vkms: Introduce basic VKMS driver

文章彙總： DRM (Direct Rendering Manager) 學習簡介

DRM 驅動程序開發（VKMS）

前言

VKMS 簡介

示例 1

示例 2

示例 3

示例 4

示例 5

示例 6

總結

結語

源碼下載

參考資料

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