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

梦里梦外; 2022-12-20 15:57 640阅读 0赞

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

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简介：

modetest

是由libdrm提供的测试程序，可以查询显示设备的支持状况，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.

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测试环境和编译环境：

如未特别注明，所有的程序编译和测试均是在如下环境中进行的：

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

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modetest

代码编译：

libdrm的下载链接：[https://dri.freedesktop.org/libdrm/libdrm-2.4.100.tar.bz2][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。

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modetest示例：

modetest的运行需要root权限。

首先这里给出一组显示示例，命令参数如下：

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

命令执行的console输出：

![20201113094537182.png][]

程序运行效果如下，通过HDM连接的显示器整屏的显示了渐变的斜条纹：

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2V5ZHd5eg_size_16_color_FFFFFF_t_70][]

如果你运气不错,那么你能看到与我相同的显示效果，但是如果（likely()）运气差了点，没关系，接下来会详细介绍modetest这些参数的由来。

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通过--help参数可以查看modetest支持的全部选项，如下：

./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.

可以看到参数一共分为3类。

Query options：提供查询操作，用于列举出connectors、encoders、framebuffers，CRTCs and planes，未指定参数时默认输出所有信息。

Test options：设定显示测试的参数。

Generic options: 指定打开设备节点，DRM/KMS对用户层来说是一个标准的linux字符设备，其设备节点路径为/dev/dri/cardX、/dev/dri/renderX（之所有有两个设备节点这，涉及到DRM-Master 和 client相关的内容，这里可以简单的认为它们代表用一个设备）

现在我们来看看如何实现一个这样的需求：通过HDMI连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，通过HDMI输出分辨率为1920X1080的图像，Linux DRM/KMS 内核中的显示组件，如下图所示：

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2V5ZHd5eg_size_16_color_FFFFFF_t_70 1][]

我们要做的就是找出一组connectors、encoders、framebuffers，CRTCs 和 planes的一个组合，使其能完成我们的需求，步骤如下：

1. 找出与HDMI 相连接的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创建framebuffers，指定framebuffer大小，并填充pattern图像，framebuffer是唯一有用户层创建的内核对象，其余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内核对象通过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具有查询功能，而参数-c  list connectors能列举出所以的connector，查询结果如下：

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相连接的，而该connector是与id=31的encoder相连的，并且通过后面的props列表可以当前连接的CRTC\_ID=140. modes列表这列出了connector支持的全部参数配置，即：

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

让我们来回顾一下之前的测试命令：

./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通常是一一对应的，在内核中这两者一般也是一同注册的，并通过函数drm\_connector\_attach\_encoder()关联在一起。

mode我们选择了 1920x1080。

所以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

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接下里我们分析-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，接下来我们需要为crtc\_id=140匹配一个可用的plane id。

列举CRCT和PLANE的命令如下（这里省略了很多内容，因为raspberry Pi 3的vc4 driver支持3个CRCT，每个CRTC又支持10个plane，所以输出内容较多）:

**./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都是通过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，比如第3个crct的id=140。

深层次的原因是kernel中，每成功注册成功一个CRCT后，会把它加入到mode\_config->crtc\_list中，加入的同时它会获得一个index，而这个index基本上就是按CRCT注册的先后顺序来分配的了（crtc->index = config->num\_crtc++）。

最后回到我们下面这个命令：

./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。

设置后我们的连接状况如下：

PLANE(ID=173, W=1920, H=1080)

\\ | /

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

buffer的创建是通过函数完成的，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通过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，后面的值需要在modetest的源码里找，其他可用的值tiles、smpte、plain、gradient。

参考链接：

1.[https://www.kernel.org/doc/html/v4.10/gpu/index.html][https_www.kernel.org_doc_html_v4.10_gpu_index.html]

2.[https://gitlab.freedesktop.org/drm/igt-gpu-tools][https_gitlab.freedesktop.org_drm_igt-gpu-tools]

3.[https://gitlab.freedesktop.org/mesa/kmscube][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][https_wiki.st.com_stm32mpu_index.php_title_DRM_KMS_overview_printable_yes_How_to_use_the_framework]

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。

kmscude不依赖X11、wayland等窗口系统的简单图像测试程序。

GBM、EGL和OpenGL ES产生图形数据，再经由DRM/KMS显示。

GBM、EGL和OpenGL ES由mesa3D提供相关的库，DRM/KMS通过libdrm库进行访问。

所以kmscude同时包含OpenGL、EGL、GBM和DRM/KMS的基本用法。

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代码下载和编译：

下载地址：[https://gitlab.freedesktop.org/mesa/kmscube][https_gitlab.freedesktop.org_mesa_kmscube]

编译：

meson . build && ninja -C build

编译成功后，build路径下会生成可执行文件：

ls build/

build.ninja             kernel.trace   kmscube-l.profile   kmscube.profile  'kmscube@exe'/   meson-logs/      oprofile\_data/  'texturator@exe'/

compile\_commands.json   kmscube\*       kmscube.1.trace     kmscube.trace     meson-info/     meson-private/   texturator\*

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测试实例：

进入到build命令，通过如下命令查看kmscude的帮助信息：

./kmscube --help

./kmscube: unrecognized option '--help'

Usage: ./kmscube \[-ADfMmSsVv\]

options:

-A, --atomic             use atomic modesetting and fencing

-c, --count              run for the specified number of frames

-D, --device=DEVICE      use the given device

-f, --format=FOURCC      framebuffer format

-M, --mode=MODE          specify mode, one of:

smooth    -  smooth shaded cube (default)

rgba      -  rgba textured cube

nv12-2img -  yuv textured (color conversion in shader)

nv12-1img -  yuv textured (single nv12 texture)

-m, --modifier=MODIFIER  hardcode the selected modifier

-p, --perfcntr=LIST      sample specified performance counters using

the AMD\_performance\_monitor extension (comma

separated list, shadertoy mode only)

-S, --shadertoy=FILE     use specified shadertoy shader

-s, --samples=N          use MSAA

-V, --video=FILE         video textured cube (comma separated list)

-v, --vmode=VMODE        specify the video mode in the format

<mode>\[-<vrefresh>\]

基本用法：

sudo ./kmscube -A -D /dev/dri/card0 -M smooth

说明：

-A：DRM/KMS使用atomic模式

-D：指定设备节点，DRM/KMS和GPU是同一个设备节点

-M：指定OpenGL的绘图模式，可选的值包括：smooth、rgba、nv12-2img、nv12-1img

测试结果如下：

![533596583e35a340989df1b304dfa76e.png][]

参考链接：

.[https://gitlab.freedesktop.org/mesa/kmscube][https_gitlab.freedesktop.org_mesa_kmscube]

[https_dri.freedesktop.org_libdrm_libdrm-2.4.100.tar.bz2]: https://dri.freedesktop.org/libdrm/libdrm-2.4.100.tar.bz2
[20201113094537182.png]: /images/20221120/3d61e0a040e947289ad3534d15ba59a1.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2V5ZHd5eg_size_16_color_FFFFFF_t_70]: /images/20221120/a1ad78e19ab04ace9dc2e518f2559c84.png
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[https_www.kernel.org_doc_html_v4.10_gpu_index.html]: https://www.kernel.org/doc/html/v4.10/gpu/index.html
[https_gitlab.freedesktop.org_drm_igt-gpu-tools]: https://gitlab.freedesktop.org/drm/igt-gpu-tools
[https_gitlab.freedesktop.org_mesa_kmscube]: https://gitlab.freedesktop.org/mesa/kmscube
[https_wiki.st.com_stm32mpu_index.php_title_DRM_KMS_overview_printable_yes_How_to_use_the_framework]: https://wiki.st.com/stm32mpu/index.php?title=DRM_KMS_overview&printable=yes#How_to_use_the_framework
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