🔨 整理中 · 这一篇讲 DRM/KMS——Linux 现代显示/图形子系统,取代老的 fbdev。素材以 6.19 源码 + kernel.org GPU 文档 为权威。它分两半:DRM(Direct Rendering Manager,管 GPU/显存/渲染)和 KMS(Kernel Mode Setting,管显示管线:谁输出到屏幕、什么分辨率)。现代桌面(Wayland/X)和移动显示都基于它。

做什么

老内核显示用 fbdev(framebuffer)——简单但功能弱、不支持多屏/3D 加速/原子模式设置。现代内核用 DRM/KMS:DRM 管图形渲染侧(GPU 命令、显存对象 GEM),KMS 管显示管线(把 framebuffer 送到屏幕)。一个完整 DRM 驱动既实现 DRM(让用户态能提交 GPU 命令、分配显存)又实现 KMS(配置显示管线)。这一篇讲清这套框架的核心概念——不深入 GPU 驱动(那是巨大话题),只让你看懂"DRM 是什么、KMS 对象管线长什么样、用户态怎么用它"。

要了解什么

一、DRM:渲染侧

DRM 给用户态提供:提交 GPU 命令的接口(DRM_IOCTL_MODE_*/厂商自定义 ioctl)、显存管理(GEM——Graphics Execution Manager,drm_gem_object,显存对象的抽象)、多进程共享 GPU 的同步。每个 GPU 内核里一个 drm_device,驱动用 struct drm_driver(include/drm/drm_drv.h)描述——open/postclose/ioctls/fops 等。注册:drm_dev_alloc + drm_dev_register。

用户态(Mesa/Wayland)通过打开 /dev/dri/cardN、用 DRM ioctl 提交渲染命令、用 GEM 分配显存、mmap 它到用户空间。现代图形栈(OpenGL/Vulkan 经 Mesa → DRM)全跑在这套之上。

二、KMS:显示管线(显示侧)

KMS 描述"显示管线"——像素数据怎么从内存走到屏幕。核心是五类对象串成的链:

• framebuffer(drm_framebuffer):一块内存里的图像(用户态渲染的结果)。
• plane(drm_plane):从 framebuffer 取一块(可能缩放/格式转换),喂给 CRTC。primary plane 是主图层,cursor plane 是鼠标,overlay plane 是视频。
• CRTC(drm_crtc):把 plane 的数据按时序扫出来,可多 plane 叠加。
• encoder(drm_encoder):把 CRTC 扫出的信号编码成 TMDS/DSI/LVDS 等物理格式。
• connector(drm_connector):物理接口(HDMI/DP/DSI/eDP/DSI-bridge),它接屏幕、读 EDID(屏幕能支持什么分辨率)。

链路:framebuffer → plane → CRTC → encoder → connector → 屏幕。KMS 驱动按 SoC 的显示控制器能力创建这些对象、填它们的回调。用户态通过 KMS ioctl 设置"用哪个 framebuffer、什么分辨率、什么 connector 输出"——这套原子模式设置(atomic mode set) 是 KMS 的核心接口,一次性原子地配置整条管线(避免中间状态闪屏)。

三、fbdev 兼容层

为兼容老的 fbdev 用户态(控制台 console、老的 framebuffer 程序),DRM 提供 fbdev 兼容层——drm_fbdev_generic_setup,它基于 DRM/KMS 模拟出一个 fbdev 设备,让 console 和老程序在 DRM 之上仍能用。新代码应直接用 DRM/KMS,fbdev 只是兼容。

四、用户态:DRI/GBM/Wayland

用户态访问 DRM 通过 libdrm(DRM ioctl 的封装)。更高层:Mesa(OpenGL/Vulkan 实现)用 DRM 渲染;Wayland 合成器用 KMS 设置显示 + GBM(Buffer Manager,基于 GEM)管理 buffer;X 用 DRI 类似。这套 DRM/KMS + libdrm + Mesa + Wayland 是现代 Linux 桌面图形的完整栈,内核侧的入口就是这篇讲的 DRM 驱动。

动手试试

1. 宿主机上 ls /dev/dri/(cardN/renderN);modetest(libdrm 工具)看 KMS 对象、可用模式、connector 信息
2. cat /sys/class/drm/card*/device/uevent 看 DRM 设备
3. 读一个简单 DRM 驱动(如 drivers/gpu/drm/tiny/simpledrm.c,纯软件 framebuffer 转 DRM 的简单驱动)看 drm_driver/KMS 对象怎么填
4. 进阶:QEMU virtio-gpu(-device virtio-gpu)提供 DRM 设备,Guest 里跑图形栈测试
5. 思考题:为什么 KMS 要用"atomic mode set"(一次性原子配置整条管线),而不是分步设每个对象?(提示:中间状态闪屏)

延伸阅读

• 源码(本仓库 third_party/linux/,6.19.9):include/drm/(drm_drv.h 的 drm_driver、drm_crtc.h 的 KMS 对象、drm_gem.h 的 GEM);实现在 drivers/gpu/drm/(drm_drv.c/drm_mode_config.c/drm_atomic.c);简单驱动参考 drivers/gpu/drm/tiny/simpledrm.c,真实 SoC 騈动在各厂商目录(msm//meson//imx/...)。
• kernel.org:GPU Driver Developer's Guide、Documentation/gpu/ 各专题。
• 关联本站:本篇是 00 driver model 的显示子系统类型;DRM 也是 character device + ioctl(关联 01 chardev/02 ioctl);显存 GEM 对象的生命周期用 内核数据结构 的引用计数套路。