DRM显示子系统：核心对象与显示链路拆分

DRM 显示子系统看起来对象很多，本质上是在按职责拆链路。拆得越清楚，驱动越容易复用，状态也越容易验证。

1. drm_device

所有对象最后都挂在 drm_device 下面。它可以理解成这套 DRM 设备在内核里的总入口，既承接用户态 ioctl，也管理对象生命周期、模式配置和事件系统。

真正和显示模式设置强相关的是 drm_device 里的 mode_config。驱动初始化时，通常会先把 mode_config 搭起来，再去注册 plane、crtc、encoder、connector 这些对象。

如果把一套显示驱动想成一栋楼：

• drm_device 是整栋楼；
• mode_config 是这栋楼的平面图和物业规则；
• 下面那些对象才是住在楼里的具体住户。

2. drm_framebuffer

在 DRM 里，framebuffer 更像一层“显示视图”：它描述一块图像该怎么被显示，但并不等于那块内存本身。

struct drm_framebuffer 里比较关键的字段大致是这样：

struct drm_framebuffer {
    struct drm_device *dev;
    struct list_head head;
    struct drm_mode_object base;
    const struct drm_framebuffer_funcs *funcs;
    unsigned int pitches[DRM_FORMAT_MAX_PLANES];
    unsigned int offsets[DRM_FORMAT_MAX_PLANES];
    uint64_t modifier;
    const struct drm_format_info *format;
    unsigned int width;
    unsigned int height;
    int hot_x;
    int hot_y;
    ...
};

其中：

• width / height：这块图像的尺寸；
• format：像素格式，比如 RGB888、NV12；
• pitches[]：每个平面的行步长；
• offsets[]：每个平面相对底层缓冲区起始位置的偏移；
• modifier：像素在内存里的布局修饰信息，比如线性布局、压缩布局或厂商私有 tiled 布局。

行步长（pitch / stride）
表示图像每一行在内存里实际占用多少字节。它可能大于“宽度 × 每像素字节数”，因为很多硬件要求行对齐。

modifier
描述像素在内存中的实际组织方式。两块同样是 1920×1080 的图像，一块可以线性排布，另一块也可以是压缩或 tiled 布局。对显示硬件来说，这一点非常关键。

framebuffer 是显示元数据，底下真正承载像素的是 GEM buffer 或其他后端内存对象。

3. drm_plane

Plane 负责从 framebuffer 取数据，然后决定这块图像怎么放进最终画面。常见的动作包括：

• 裁剪源图像；
• 设定屏幕上的显示位置；
• 缩放；
• 像素格式转换；
• 和其他 plane 一起混合。

用户态看到一个 plane，本质上是在说：“我想把这块图像，以这样的裁剪和缩放方式，摆到这个 CRTC 的某个位置上。”

Plane 不直接决定时序，它决定的是图像如何进入显示控制器。

关于 Plane 的一些术语：

primary plane
主图层。传统上每个 CRTC 至少会有一个 primary plane，用来承载主画面。

overlay plane
叠加图层。常用来做视频层、UI 叠加层、局部刷新层。

cursor plane
光标专用图层。因为光标很小、更新很频繁，很多硬件会给它单独做一条轻量路径。

4. drm_crtc

CRTC 这个名字来自老式 CRT 时代，可以直接把它理解成“显示扫描与时序控制中心”。

一个 CRTC 主要做两件事：

1. 接住一个或多个 plane 的结果；
2. 按设定好的模式生成最终输出时序。

它既管“什么时候开始一行、什么时候结束一行”，也管“这一帧的图层结果什么时候真正切到屏幕上”。

和 CRTC 相关的基础对象回调在 drm_crtc_funcs 里。下面只摘几个经常会被碰到的字段：

struct drm_crtc_funcs {
    void (*reset)(struct drm_crtc *crtc);
    int (*set_config)(struct drm_mode_set *set,
                      struct drm_modeset_acquire_ctx *ctx);
    int (*page_flip)(struct drm_crtc *crtc,
                     struct drm_framebuffer *fb,
                     struct drm_pending_vblank_event *event,
                     uint32_t flags,
                     struct drm_modeset_acquire_ctx *ctx);
    int (*enable_vblank)(struct drm_crtc *crtc);
    void (*disable_vblank)(struct drm_crtc *crtc);
    struct drm_crtc_state *(*atomic_duplicate_state)(struct drm_crtc *crtc);
    void (*atomic_destroy_state)(struct drm_crtc *crtc,
                                 struct drm_crtc_state *state);
    ...
};

这里先记住一件事：CRTC 不是“最终显示器”，它主要负责“按节奏往外吐像素流”。

真正和 atomic enable / disable / flush 这类显示流程强相关的回调，通常是在 drm_crtc_helper_funcs 里。

5. drm_encoder

Encoder 负责把 CRTC 产出的像素流引到某条具体输出路径上。对某些硬件来说，它确实对应一个真实模块；对另一些硬件来说，它更偏向框架里的路由节点。

和前面几个对象比，encoder 往往更容易被误解。它的重点不是“存像素”，而是“表示这条输出路线上的一个发送端角色”。

struct drm_encoder 里和理解关系最直接的字段大致如下：

struct drm_encoder {
    struct drm_device *dev;
    struct list_head head;
    struct drm_mode_object base;
    char *name;
    int encoder_type;
    uint32_t possible_crtcs;
    uint32_t possible_clones;
    const struct drm_encoder_funcs *funcs;
    struct drm_crtc *crtc;
    ...
};

这几个字段里最值得注意的是：

• possible_crtcs：这个 encoder 允许挂到哪些 CRTC 上；
• crtc：当前实际绑定的是哪一个 CRTC。

注意一点：是 encoder 关联 CRTC，不是 CRTC 里塞一个 encoder 成员把链路写死。

6. drm_connector

Connector 是用户态最容易直接感知的对象。显示器连没连上、支持哪些模式、当前状态是不是 connected，用户态通常都要通过 connector 来看。

它不是面板本身，也不是桥接芯片本身，而是“这条输出在用户态视角下的接口对象”。

对外部显示器来说，connector 的存在感很强；对内嵌屏幕来说，connector 依然常常存在，只是它背后连接的是固定 panel，而不是一个会插拔的显示器。

7. drm_bridge

Bridge 的概念其实很朴素：凡是位于 encoder 后、panel 前，负责补足一段链路功能的，都可以抽象成 bridge。

它可以是：

• MIPI DSI 到 LVDS 的转换器；
• SerDes serializer / deserializer；
• eDP / LVDS / RGB 之间的协议桥；
• 甚至是一段需要单独管理时序和上电过程的输出中间件。

Bridge 的价值在于，它把“中间这一段链路”从大驱动里拆了出来。这样不同 SoC、不同输出口、不同外设之间就能组合，而不是彼此焊死。

8. drm_panel

Panel 一般对应最终显示面板。它主要关心两类事：

1. 提供显示模式；
2. 管理 prepare / enable / disable / unprepare 这套上下电流程。

drm_panel_funcs 很短，也正因为短，反而特别清楚：

struct drm_panel_funcs {
    int (*prepare)(struct drm_panel *panel);
    int (*enable)(struct drm_panel *panel);
    int (*disable)(struct drm_panel *panel);
    int (*unprepare)(struct drm_panel *panel);
    int (*get_modes)(struct drm_panel *panel,
                     struct drm_connector *connector);
    enum drm_panel_orientation (*get_orientation)(struct drm_panel *panel);
};

这一组回调的职责边界很干净：

• prepare：把电源、复位、寄存器初始化这类“点亮前准备”做好；
• enable：真正把画面亮起来，常见动作是开背光；
• disable：先熄灭画面；
• unprepare：再撤掉电源和链路资源；
• get_modes：把 panel 支持的模式交给 connector。

注意：connector 和 panel 不是一回事。
connector 是用户态看到的输出端，panel 是物理显示终端。很多时候二者会在同一条链路上出现，但职责完全不同。