]> git.kernelconcepts.de Git - karo-tx-linux.git/blob - Documentation/gpu/drm-kms.rst
Merge branch 'for-linus' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/mszeredi...
[karo-tx-linux.git] / Documentation / gpu / drm-kms.rst
1 =========================
2 Kernel Mode Setting (KMS)
3 =========================
4
5 Drivers must initialize the mode setting core by calling
6 :c:func:`drm_mode_config_init()` on the DRM device. The function
7 initializes the :c:type:`struct drm_device <drm_device>`
8 mode_config field and never fails. Once done, mode configuration must
9 be setup by initializing the following fields.
10
11 -  int min_width, min_height; int max_width, max_height;
12    Minimum and maximum width and height of the frame buffers in pixel
13    units.
14
15 -  struct drm_mode_config_funcs \*funcs;
16    Mode setting functions.
17
18 Overview
19 ========
20
21 .. kernel-render:: DOT
22    :alt: KMS Display Pipeline
23    :caption: KMS Display Pipeline Overview
24
25    digraph "KMS" {
26       node [shape=box]
27
28       subgraph cluster_static {
29           style=dashed
30           label="Static Objects"
31
32           node [bgcolor=grey style=filled]
33           "drm_plane A" -> "drm_crtc"
34           "drm_plane B" -> "drm_crtc"
35           "drm_crtc" -> "drm_encoder A"
36           "drm_crtc" -> "drm_encoder B"
37       }
38
39       subgraph cluster_user_created {
40           style=dashed
41           label="Userspace-Created"
42
43           node [shape=oval]
44           "drm_framebuffer 1" -> "drm_plane A"
45           "drm_framebuffer 2" -> "drm_plane B"
46       }
47
48       subgraph cluster_connector {
49           style=dashed
50           label="Hotpluggable"
51
52           "drm_encoder A" -> "drm_connector A"
53           "drm_encoder B" -> "drm_connector B"
54       }
55    }
56
57 The basic object structure KMS presents to userspace is fairly simple.
58 Framebuffers (represented by :c:type:`struct drm_framebuffer <drm_framebuffer>`,
59 see `Frame Buffer Abstraction`_) feed into planes. One or more (or even no)
60 planes feed their pixel data into a CRTC (represented by :c:type:`struct
61 drm_crtc <drm_crtc>`, see `CRTC Abstraction`_) for blending. The precise
62 blending step is explained in more detail in `Plane Composition Properties`_ and
63 related chapters.
64
65 For the output routing the first step is encoders (represented by
66 :c:type:`struct drm_encoder <drm_encoder>`, see `Encoder Abstraction`_). Those
67 are really just internal artifacts of the helper libraries used to implement KMS
68 drivers. Besides that they make it unecessarily more complicated for userspace
69 to figure out which connections between a CRTC and a connector are possible, and
70 what kind of cloning is supported, they serve no purpose in the userspace API.
71 Unfortunately encoders have been exposed to userspace, hence can't remove them
72 at this point.  Futhermore the exposed restrictions are often wrongly set by
73 drivers, and in many cases not powerful enough to express the real restrictions.
74 A CRTC can be connected to multiple encoders, and for an active CRTC there must
75 be at least one encoder.
76
77 The final, and real, endpoint in the display chain is the connector (represented
78 by :c:type:`struct drm_connector <drm_connector>`, see `Connector
79 Abstraction`_). Connectors can have different possible encoders, but the kernel
80 driver selects which encoder to use for each connector. The use case is DVI,
81 which could switch between an analog and a digital encoder. Encoders can also
82 drive multiple different connectors. There is exactly one active connector for
83 every active encoder.
84
85 Internally the output pipeline is a bit more complex and matches today's
86 hardware more closely:
87
88 .. kernel-render:: DOT
89    :alt: KMS Output Pipeline
90    :caption: KMS Output Pipeline
91
92    digraph "Output Pipeline" {
93       node [shape=box]
94
95       subgraph {
96           "drm_crtc" [bgcolor=grey style=filled]
97       }
98
99       subgraph cluster_internal {
100           style=dashed
101           label="Internal Pipeline"
102           {
103               node [bgcolor=grey style=filled]
104               "drm_encoder A";
105               "drm_encoder B";
106               "drm_encoder C";
107           }
108
109           {
110               node [bgcolor=grey style=filled]
111               "drm_encoder B" -> "drm_bridge B"
112               "drm_encoder C" -> "drm_bridge C1"
113               "drm_bridge C1" -> "drm_bridge C2";
114           }
115       }
116
117       "drm_crtc" -> "drm_encoder A"
118       "drm_crtc" -> "drm_encoder B"
119       "drm_crtc" -> "drm_encoder C"
120
121
122       subgraph cluster_output {
123           style=dashed
124           label="Outputs"
125
126           "drm_encoder A" -> "drm_connector A";
127           "drm_bridge B" -> "drm_connector B";
128           "drm_bridge C2" -> "drm_connector C";
129
130           "drm_panel"
131       }
132    }
133
134 Internally two additional helper objects come into play. First, to be able to
135 share code for encoders (sometimes on the same SoC, sometimes off-chip) one or
136 more :ref:`drm_bridges` (represented by :c:type:`struct drm_bridge
137 <drm_bridge>`) can be linked to an encoder. This link is static and cannot be
138 changed, which means the cross-bar (if there is any) needs to be mapped between
139 the CRTC and any encoders. Often for drivers with bridges there's no code left
140 at the encoder level. Atomic drivers can leave out all the encoder callbacks to
141 essentially only leave a dummy routing object behind, which is needed for
142 backwards compatibility since encoders are exposed to userspace.
143
144 The second object is for panels, represented by :c:type:`struct drm_panel
145 <drm_panel>`, see :ref:`drm_panel_helper`. Panels do not have a fixed binding
146 point, but are generally linked to the driver private structure that embeds
147 :c:type:`struct drm_connector <drm_connector>`.
148
149 Note that currently the bridge chaining and interactions with connectors and
150 panels are still in-flux and not really fully sorted out yet.
151
152 KMS Core Structures and Functions
153 =================================
154
155 .. kernel-doc:: include/drm/drm_mode_config.h
156    :internal:
157
158 .. kernel-doc:: drivers/gpu/drm/drm_mode_config.c
159    :export:
160
161 Modeset Base Object Abstraction
162 ===============================
163
164 .. kernel-render:: DOT
165    :alt: Mode Objects and Properties
166    :caption: Mode Objects and Properties
167
168    digraph {
169       node [shape=box]
170
171       "drm_property A" -> "drm_mode_object A"
172       "drm_property A" -> "drm_mode_object B"
173       "drm_property B" -> "drm_mode_object A"
174    }
175
176 The base structure for all KMS objects is :c:type:`struct drm_mode_object
177 <drm_mode_object>`. One of the base services it provides is tracking properties,
178 which are especially important for the atomic IOCTL (see `Atomic Mode
179 Setting`_). The somewhat surprising part here is that properties are not
180 directly instantiated on each object, but free-standing mode objects themselves,
181 represented by :c:type:`struct drm_property <drm_property>`, which only specify
182 the type and value range of a property. Any given property can be attached
183 multiple times to different objects using :c:func:`drm_object_attach_property()
184 <drm_object_attach_property>`.
185
186 .. kernel-doc:: include/drm/drm_mode_object.h
187    :internal:
188
189 .. kernel-doc:: drivers/gpu/drm/drm_mode_object.c
190    :export:
191
192 Atomic Mode Setting
193 ===================
194
195
196 .. kernel-render:: DOT
197    :alt: Mode Objects and Properties
198    :caption: Mode Objects and Properties
199
200    digraph {
201       node [shape=box]
202
203       subgraph cluster_state {
204           style=dashed
205           label="Free-standing state"
206
207           "drm_atomic_state" -> "duplicated drm_plane_state A"
208           "drm_atomic_state" -> "duplicated drm_plane_state B"
209           "drm_atomic_state" -> "duplicated drm_crtc_state"
210           "drm_atomic_state" -> "duplicated drm_connector_state"
211           "drm_atomic_state" -> "duplicated driver private state"
212       }
213
214       subgraph cluster_current {
215           style=dashed
216           label="Current state"
217
218           "drm_device" -> "drm_plane A"
219           "drm_device" -> "drm_plane B"
220           "drm_device" -> "drm_crtc"
221           "drm_device" -> "drm_connector"
222           "drm_device" -> "driver private object"
223
224           "drm_plane A" -> "drm_plane_state A"
225           "drm_plane B" -> "drm_plane_state B"
226           "drm_crtc" -> "drm_crtc_state"
227           "drm_connector" -> "drm_connector_state"
228           "driver private object" -> "driver private state"
229       }
230
231       "drm_atomic_state" -> "drm_device" [label="atomic_commit"]
232       "duplicated drm_plane_state A" -> "drm_device"[style=invis]
233    }
234
235 Atomic provides transactional modeset (including planes) updates, but a
236 bit differently from the usual transactional approach of try-commit and
237 rollback:
238
239 - Firstly, no hardware changes are allowed when the commit would fail. This
240   allows us to implement the DRM_MODE_ATOMIC_TEST_ONLY mode, which allows
241   userspace to explore whether certain configurations would work or not.
242
243 - This would still allow setting and rollback of just the software state,
244   simplifying conversion of existing drivers. But auditing drivers for
245   correctness of the atomic_check code becomes really hard with that: Rolling
246   back changes in data structures all over the place is hard to get right.
247
248 - Lastly, for backwards compatibility and to support all use-cases, atomic
249   updates need to be incremental and be able to execute in parallel. Hardware
250   doesn't always allow it, but where possible plane updates on different CRTCs
251   should not interfere, and not get stalled due to output routing changing on
252   different CRTCs.
253
254 Taken all together there's two consequences for the atomic design:
255
256 - The overall state is split up into per-object state structures:
257   :c:type:`struct drm_plane_state <drm_plane_state>` for planes, :c:type:`struct
258   drm_crtc_state <drm_crtc_state>` for CRTCs and :c:type:`struct
259   drm_connector_state <drm_connector_state>` for connectors. These are the only
260   objects with userspace-visible and settable state. For internal state drivers
261   can subclass these structures through embeddeding, or add entirely new state
262   structures for their globally shared hardware functions.
263
264 - An atomic update is assembled and validated as an entirely free-standing pile
265   of structures within the :c:type:`drm_atomic_state <drm_atomic_state>`
266   container. Again drivers can subclass that container for their own state
267   structure tracking needs. Only when a state is committed is it applied to the
268   driver and modeset objects. This way rolling back an update boils down to
269   releasing memory and unreferencing objects like framebuffers.
270
271 Read on in this chapter, and also in :ref:`drm_atomic_helper` for more detailed
272 coverage of specific topics.
273
274 Atomic Mode Setting Function Reference
275 --------------------------------------
276
277 .. kernel-doc:: include/drm/drm_atomic.h
278    :internal:
279
280 .. kernel-doc:: drivers/gpu/drm/drm_atomic.c
281    :export:
282
283 CRTC Abstraction
284 ================
285
286 .. kernel-doc:: drivers/gpu/drm/drm_crtc.c
287    :doc: overview
288
289 CRTC Functions Reference
290 --------------------------------
291
292 .. kernel-doc:: include/drm/drm_crtc.h
293    :internal:
294
295 .. kernel-doc:: drivers/gpu/drm/drm_crtc.c
296    :export:
297
298 Frame Buffer Abstraction
299 ========================
300
301 .. kernel-doc:: drivers/gpu/drm/drm_framebuffer.c
302    :doc: overview
303
304 Frame Buffer Functions Reference
305 --------------------------------
306
307 .. kernel-doc:: include/drm/drm_framebuffer.h
308    :internal:
309
310 .. kernel-doc:: drivers/gpu/drm/drm_framebuffer.c
311    :export:
312
313 DRM Format Handling
314 ===================
315
316 .. kernel-doc:: include/drm/drm_fourcc.h
317    :internal:
318
319 .. kernel-doc:: drivers/gpu/drm/drm_fourcc.c
320    :export:
321
322 Dumb Buffer Objects
323 ===================
324
325 .. kernel-doc:: drivers/gpu/drm/drm_dumb_buffers.c
326    :doc: overview
327
328 Plane Abstraction
329 =================
330
331 .. kernel-doc:: drivers/gpu/drm/drm_plane.c
332    :doc: overview
333
334 Plane Functions Reference
335 -------------------------
336
337 .. kernel-doc:: include/drm/drm_plane.h
338    :internal:
339
340 .. kernel-doc:: drivers/gpu/drm/drm_plane.c
341    :export:
342
343 Display Modes Function Reference
344 ================================
345
346 .. kernel-doc:: include/drm/drm_modes.h
347    :internal:
348
349 .. kernel-doc:: drivers/gpu/drm/drm_modes.c
350    :export:
351
352 Connector Abstraction
353 =====================
354
355 .. kernel-doc:: drivers/gpu/drm/drm_connector.c
356    :doc: overview
357
358 Connector Functions Reference
359 -----------------------------
360
361 .. kernel-doc:: include/drm/drm_connector.h
362    :internal:
363
364 .. kernel-doc:: drivers/gpu/drm/drm_connector.c
365    :export:
366
367 Encoder Abstraction
368 ===================
369
370 .. kernel-doc:: drivers/gpu/drm/drm_encoder.c
371    :doc: overview
372
373 Encoder Functions Reference
374 ---------------------------
375
376 .. kernel-doc:: include/drm/drm_encoder.h
377    :internal:
378
379 .. kernel-doc:: drivers/gpu/drm/drm_encoder.c
380    :export:
381
382 KMS Initialization and Cleanup
383 ==============================
384
385 A KMS device is abstracted and exposed as a set of planes, CRTCs,
386 encoders and connectors. KMS drivers must thus create and initialize all
387 those objects at load time after initializing mode setting.
388
389 CRTCs (:c:type:`struct drm_crtc <drm_crtc>`)
390 --------------------------------------------
391
392 A CRTC is an abstraction representing a part of the chip that contains a
393 pointer to a scanout buffer. Therefore, the number of CRTCs available
394 determines how many independent scanout buffers can be active at any
395 given time. The CRTC structure contains several fields to support this:
396 a pointer to some video memory (abstracted as a frame buffer object), a
397 display mode, and an (x, y) offset into the video memory to support
398 panning or configurations where one piece of video memory spans multiple
399 CRTCs.
400
401 CRTC Initialization
402 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
403
404 A KMS device must create and register at least one struct
405 :c:type:`struct drm_crtc <drm_crtc>` instance. The instance is
406 allocated and zeroed by the driver, possibly as part of a larger
407 structure, and registered with a call to :c:func:`drm_crtc_init()`
408 with a pointer to CRTC functions.
409
410
411 Cleanup
412 -------
413
414 The DRM core manages its objects' lifetime. When an object is not needed
415 anymore the core calls its destroy function, which must clean up and
416 free every resource allocated for the object. Every
417 :c:func:`drm_\*_init()` call must be matched with a corresponding
418 :c:func:`drm_\*_cleanup()` call to cleanup CRTCs
419 (:c:func:`drm_crtc_cleanup()`), planes
420 (:c:func:`drm_plane_cleanup()`), encoders
421 (:c:func:`drm_encoder_cleanup()`) and connectors
422 (:c:func:`drm_connector_cleanup()`). Furthermore, connectors that
423 have been added to sysfs must be removed by a call to
424 :c:func:`drm_connector_unregister()` before calling
425 :c:func:`drm_connector_cleanup()`.
426
427 Connectors state change detection must be cleanup up with a call to
428 :c:func:`drm_kms_helper_poll_fini()`.
429
430 Output discovery and initialization example
431 -------------------------------------------
432
433 .. code-block:: c
434
435     void intel_crt_init(struct drm_device *dev)
436     {
437         struct drm_connector *connector;
438         struct intel_output *intel_output;
439
440         intel_output = kzalloc(sizeof(struct intel_output), GFP_KERNEL);
441         if (!intel_output)
442             return;
443
444         connector = &intel_output->base;
445         drm_connector_init(dev, &intel_output->base,
446                    &intel_crt_connector_funcs, DRM_MODE_CONNECTOR_VGA);
447
448         drm_encoder_init(dev, &intel_output->enc, &intel_crt_enc_funcs,
449                  DRM_MODE_ENCODER_DAC);
450
451         drm_mode_connector_attach_encoder(&intel_output->base,
452                           &intel_output->enc);
453
454         /* Set up the DDC bus. */
455         intel_output->ddc_bus = intel_i2c_create(dev, GPIOA, "CRTDDC_A");
456         if (!intel_output->ddc_bus) {
457             dev_printk(KERN_ERR, &dev->pdev->dev, "DDC bus registration "
458                    "failed.\n");
459             return;
460         }
461
462         intel_output->type = INTEL_OUTPUT_ANALOG;
463         connector->interlace_allowed = 0;
464         connector->doublescan_allowed = 0;
465
466         drm_encoder_helper_add(&intel_output->enc, &intel_crt_helper_funcs);
467         drm_connector_helper_add(connector, &intel_crt_connector_helper_funcs);
468
469         drm_connector_register(connector);
470     }
471
472 In the example above (taken from the i915 driver), a CRTC, connector and
473 encoder combination is created. A device-specific i2c bus is also
474 created for fetching EDID data and performing monitor detection. Once
475 the process is complete, the new connector is registered with sysfs to
476 make its properties available to applications.
477
478 KMS Locking
479 ===========
480
481 .. kernel-doc:: drivers/gpu/drm/drm_modeset_lock.c
482    :doc: kms locking
483
484 .. kernel-doc:: include/drm/drm_modeset_lock.h
485    :internal:
486
487 .. kernel-doc:: drivers/gpu/drm/drm_modeset_lock.c
488    :export:
489
490 KMS Properties
491 ==============
492
493 Property Types and Blob Property Support
494 ----------------------------------------
495
496 .. kernel-doc:: drivers/gpu/drm/drm_property.c
497    :doc: overview
498
499 .. kernel-doc:: include/drm/drm_property.h
500    :internal:
501
502 .. kernel-doc:: drivers/gpu/drm/drm_property.c
503    :export:
504
505 Standard Connector Properties
506 -----------------------------
507
508 .. kernel-doc:: drivers/gpu/drm/drm_connector.c
509    :doc: standard connector properties
510
511 Plane Composition Properties
512 ----------------------------
513
514 .. kernel-doc:: drivers/gpu/drm/drm_blend.c
515    :doc: overview
516
517 .. kernel-doc:: drivers/gpu/drm/drm_blend.c
518    :export:
519
520 Color Management Properties
521 ---------------------------
522
523 .. kernel-doc:: drivers/gpu/drm/drm_color_mgmt.c
524    :doc: overview
525
526 .. kernel-doc:: include/drm/drm_color_mgmt.h
527    :internal:
528
529 .. kernel-doc:: drivers/gpu/drm/drm_color_mgmt.c
530    :export:
531
532 Tile Group Property
533 -------------------
534
535 .. kernel-doc:: drivers/gpu/drm/drm_connector.c
536    :doc: Tile group
537
538 Explicit Fencing Properties
539 ---------------------------
540
541 .. kernel-doc:: drivers/gpu/drm/drm_atomic.c
542    :doc: explicit fencing properties
543
544 Existing KMS Properties
545 -----------------------
546
547 The following table gives description of drm properties exposed by
548 various modules/drivers.
549
550 .. csv-table::
551    :header-rows: 1
552    :file: kms-properties.csv
553
554 Vertical Blanking
555 =================
556
557 Vertical blanking plays a major role in graphics rendering. To achieve
558 tear-free display, users must synchronize page flips and/or rendering to
559 vertical blanking. The DRM API offers ioctls to perform page flips
560 synchronized to vertical blanking and wait for vertical blanking.
561
562 The DRM core handles most of the vertical blanking management logic,
563 which involves filtering out spurious interrupts, keeping race-free
564 blanking counters, coping with counter wrap-around and resets and
565 keeping use counts. It relies on the driver to generate vertical
566 blanking interrupts and optionally provide a hardware vertical blanking
567 counter. Drivers must implement the following operations.
568
569 -  int (\*enable_vblank) (struct drm_device \*dev, int crtc); void
570    (\*disable_vblank) (struct drm_device \*dev, int crtc);
571    Enable or disable vertical blanking interrupts for the given CRTC.
572
573 -  u32 (\*get_vblank_counter) (struct drm_device \*dev, int crtc);
574    Retrieve the value of the vertical blanking counter for the given
575    CRTC. If the hardware maintains a vertical blanking counter its value
576    should be returned. Otherwise drivers can use the
577    :c:func:`drm_vblank_count()` helper function to handle this
578    operation.
579
580 Drivers must initialize the vertical blanking handling core with a call
581 to :c:func:`drm_vblank_init()` in their load operation.
582
583 Vertical blanking interrupts can be enabled by the DRM core or by
584 drivers themselves (for instance to handle page flipping operations).
585 The DRM core maintains a vertical blanking use count to ensure that the
586 interrupts are not disabled while a user still needs them. To increment
587 the use count, drivers call :c:func:`drm_vblank_get()`. Upon
588 return vertical blanking interrupts are guaranteed to be enabled.
589
590 To decrement the use count drivers call
591 :c:func:`drm_vblank_put()`. Only when the use count drops to zero
592 will the DRM core disable the vertical blanking interrupts after a delay
593 by scheduling a timer. The delay is accessible through the
594 vblankoffdelay module parameter or the ``drm_vblank_offdelay`` global
595 variable and expressed in milliseconds. Its default value is 5000 ms.
596 Zero means never disable, and a negative value means disable
597 immediately. Drivers may override the behaviour by setting the
598 :c:type:`struct drm_device <drm_device>`
599 vblank_disable_immediate flag, which when set causes vblank interrupts
600 to be disabled immediately regardless of the drm_vblank_offdelay
601 value. The flag should only be set if there's a properly working
602 hardware vblank counter present.
603
604 When a vertical blanking interrupt occurs drivers only need to call the
605 :c:func:`drm_handle_vblank()` function to account for the
606 interrupt.
607
608 Resources allocated by :c:func:`drm_vblank_init()` must be freed
609 with a call to :c:func:`drm_vblank_cleanup()` in the driver unload
610 operation handler.
611
612 Vertical Blanking and Interrupt Handling Functions Reference
613 ------------------------------------------------------------
614
615 .. kernel-doc:: include/drm/drm_vblank.h
616    :internal:
617
618 .. kernel-doc:: drivers/gpu/drm/drm_vblank.c
619    :export: