最简单的DRM应用程序 （page-flip）

在上一篇 最简单的DRM应用程序 （double-buffer）中，我们了解了DRM更新图像的一个重要接口drmModeSetCrtc()。在本篇文章中，我们将一起来学习DRM另一个重要的刷图接口：drmModePageFlip()。

drmModePageFlip()的功能也是用于更新显示内容的，但是它和drmModeSetCrtc()最大的区别在于，drmModePageFlip()只会等到VSYNC到来后才会真正执行framebuffer切换动作，而drmModeSetCrtc()则会立即执行framebuffer切换动作。很明显，drmModeSetCrtc()对于某些硬件来说，很容易造成 撕裂（tear effect）问题，而drmModePageFlip()则不会造成这种问题。

由于drmModePageFlip()本身是基于VSYNC事件机制的，因此底层DRM驱动必须支持VBLANK事件。

伪代码：

void my_page_flip_handler(...)
{
	drmModePageFlip(DRM_MODE_PAGE_FLIP_EVENT);
	...
}

int main(void)
{
	drmEventContext ev = {};

	ev.version = DRM_EVENT_CONTEXT_VERSION;
	ev.page_flip_handler = my_page_flip_handler;
	...

	drmModePageFlip(DRM_MODE_PAGE_FLIP_EVENT);
	
	while (1) {
		drmHandleEvent(&ev);
	}
}

详细参考代码如下：

modeset-page-flip.c

#define _GNU_SOURCE
#include <errno.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdbool.h>
#include <stdint.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/mman.h>
#include <time.h>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
#include <xf86drm.h>
#include <xf86drmMode.h>

struct buffer_object {
	uint32_t width;
	uint32_t height;
	uint32_t pitch;
	uint32_t handle;
	uint32_t size;
	uint32_t *vaddr;
	uint32_t fb_id;
};

struct buffer_object buf[2];
static int terminate;

static int modeset_create_fb(int fd, struct buffer_object *bo, uint32_t color)
{
	struct drm_mode_create_dumb create = {};
 	struct drm_mode_map_dumb map = {};
	uint32_t i;

	create.width = bo->width;
	create.height = bo->height;
	create.bpp = 32;
	drmIoctl(fd, DRM_IOCTL_MODE_CREATE_DUMB, &create);

	bo->pitch = create.pitch;
	bo->size = create.size;
	bo->handle = create.handle;
	drmModeAddFB(fd, bo->width, bo->height, 24, 32, bo->pitch,
			   bo->handle, &bo->fb_id);

	map.handle = create.handle;
	drmIoctl(fd, DRM_IOCTL_MODE_MAP_DUMB, &map);

	bo->vaddr = mmap(0, create.size, PROT_READ | PROT_WRITE,
			MAP_SHARED, fd, map.offset);

	for (i = 0; i < (bo->size / 4); i++)
		bo->vaddr[i] = color;

	return 0;
}

static void modeset_destroy_fb(int fd, struct buffer_object *bo)
{
	struct drm_mode_destroy_dumb destroy = {};

	drmModeRmFB(fd, bo->fb_id);

	munmap(bo->vaddr, bo->size);

	destroy.handle = bo->handle;
	drmIoctl(fd, DRM_IOCTL_MODE_DESTROY_DUMB, &destroy);
}

static void modeset_page_flip_handler(int fd, uint32_t frame,
				    uint32_t sec, uint32_t usec,
				    void *data)
{
	static int i = 0;
	uint32_t crtc_id = *(uint32_t *)data;

	i ^= 1;

	drmModePageFlip(fd, crtc_id, buf[i].fb_id,
			DRM_MODE_PAGE_FLIP_EVENT, data);

	usleep(500000);
}

static void sigint_handler(int arg)
{
	terminate = 1;
}

int main(int argc, char **argv)
{
	int fd;
	drmEventContext ev = {};
	drmModeConnector *conn;
	drmModeRes *res;
	uint32_t conn_id;
	uint32_t crtc_id;

	/* register CTRL+C terminate interrupt */
	signal(SIGINT, sigint_handler);

	ev.version = DRM_EVENT_CONTEXT_VERSION;
	ev.page_flip_handler = modeset_page_flip_handler;

	fd = open("/dev/dri/card0", O_RDWR | O_CLOEXEC);

	res = drmModeGetResources(fd);
	crtc_id = res->crtcs[0];
	conn_id = res->connectors[0];

	conn = drmModeGetConnector(fd, conn_id);
	buf[0].width = conn->modes[0].hdisplay;
	buf[0].height = conn->modes[0].vdisplay;
	buf[1].width = conn->modes[0].hdisplay;
	buf[1].height = conn->modes[0].vdisplay;

	modeset_create_fb(fd, &buf[0], 0xff0000);
	modeset_create_fb(fd, &buf[1], 0x0000ff);

	drmModeSetCrtc(fd, crtc_id, buf[0].fb_id,
			0, 0, &conn_id, 1, &conn->modes[0]);

	drmModePageFlip(fd, crtc_id, buf[0].fb_id,
			DRM_MODE_PAGE_FLIP_EVENT, &crtc_id);

	while (!terminate) {
		drmHandleEvent(fd, &ev);
	}

	modeset_destroy_fb(fd, &buf[1]);
	modeset_destroy_fb(fd, &buf[0]);

	drmModeFreeConnector(conn);
	drmModeFreeResources(res);

	close(fd);

	return 0;
}

以上代码是基于David Herrmann 所写的 drm-howto/modeset-vsync.c 文件修改的。和前两篇的案例一样，为了方便大家关注重点，以上代码删除了许多异常错误处理，并对程序功能做了简化。

从上面的代码可以看出，要使用drmModePageFlip()，就必须依赖drmHandleEvent()函数，该函数内部以阻塞的形式等待底层驱动返回相应的vblank事件，以确保和VSYNC同步。需要注意的是，drmModePageFlip()不允许在1个VSYNC周期内被调用多次，否则只有第一次调用有效，后面几次调用都会返回-EBUSY错误（-16）。

运行结果：（模拟效果）

描述：程序运行后，屏幕在红色和蓝色之间来回切换；当输入CTRL+C后，程序退出。

注意：程序运行之前，请确保没有其它应用或服务占用/dev/dri/card0节点，否则将出现 Permission Denied 错误。

源码下载：modeset-page-flip

参考资料：
David Herrmann’s Blog: Advanced DRM Mode-Setting API
David Herrmann’s Github: drm-howto/modeset-vsync.c

文章汇总： DRM (Direct Rendering Manager) 学习简介