【转】DRM（三）libdrm库

DRM是Linux内核层的显示驱动框架。它把显示功能封装成 open/close/ioctl 等标准接口，用户空间的程序调用这些接口，驱动设备，显示数据。

libdrm库封装了DRM driver提供的这些接口。通过libdrm库，程序可以间接调用DRM Driver。

DRM驱动会在/dev/dri下创建3个设备节点：

使用drmOpen()打开设备。它根据指定的name和busid，在上述三个设备中选择匹配的节点。

也可以使用open()，直接打开指定设备。

得到、设置capability。

下图显示各个组件，以及组件之间的关联关系。在DRM的函数名中称作资源（Resource）。如drmModeGetResources()。

每种资源的结构都定义了一个成员，唯一标识这个资源。如drmModeCrtc的crtc_id、drmModeConnector的connector_id、drmModeEncoder的encoder_id、drmModePlane的plane_id。

显示设备的设置、状态，保存在若干结构、变量中，如下图。如drmModeModeInfo，保存设备大小，刷新率。drmModeConnection保存连接状态。

drmModeRes结构保存DRM设备的资源集。

drmModeRes的成员fbs、crtcs、connectors、encoders是变长数组，数组长度保存在对应的变量，如count_fbs中。数组中保存的是资源ID。

函数drmModeGetResources()用于得到资源集。

根据资源 ID 得到对应的资源，包括connector、encoder、crtc。

与其他资源不同，plane资源不在drmModeRes结构中，而是保存在drmModePlaneRes结构。

成员planes是变长数组，数组长度保存在count_planes中。这里保存是plane的资源ID。

drmModeGetPlaneResources()得到plane资源集。

drmModeGetPlane() 根据Plane ID得到Plane。

drmModeProperty结构保存属性。

drmModeObjectProperties保存资源的属性集。

drmModeObjectGetProperties()得到资源属性集。

drmModeGetProperty()得到属性，drmModeObjectSetProperty()设置属性。

使用drmIoctl()创建、映射framebuffer。

使用Linux API函数 mmap()，将framebuffer映射到用户空间。

加入framebuffer（不是提交显示！）。

drmModeAtomicReq保存DRM请求。

drmModeAtomicCommit()提交请求。比如，将framebuffer保存的图像提交显示。

将framebuffer绑定到plane。程序更新framebuffer，就是更新plane。

Linux DRM API - NVIDIA

DRM示例工程 zizimumu/DRM_test

如何根据oops定位代码行

我们借用linux设备驱动第二篇：构造和运行模块里面的hello world程序来演示出错的情况，含有错误代码的hello world如下：

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#include <linux/init.h>

#include <linux/module.h>

MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL")

static int hello_init(void)

{

char *p = NULL

memcpy(p, "test", 4)

printk(KERN_ALERT "Hello, world\n")

return 0

}

static void hello_exit(void)

{

printk(KERN_ALERT "Goodbye, cruel world\n")

}

module_init(hello_init)

module_exit(hello_exit)

Makefile文件如下：

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ifneq ($(KERNELRELEASE),)

obj-m := helloworld.o

else

KERNELDIR ?= /lib/modules/$(shell uname -r)/build

PWD := $(shell pwd)

default:

$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modules

endif

clean:

rm -rf *.o *~ core .depend .*.cmd *.ko *.mod.c .tmp_versions modules.order Module.symvers

很明显，以上代码的第8行是一个空指针错误。insmod后会出现下面的oops信息：

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[ 459.516441] BUG: unable to handle kernel NULL pointer dereference at (null)

[ 459.516445]

[ 459.516448] PGD 0

[ 459.516450] Oops: 0002 [#1] SMP

[ 459.516452] Modules linked in: helloworld(OE+) vmw_vsock_vmci_transport vsock coretemp crct10dif_pclmul crc32_pclmul ghash_clmulni_intel aesni_intel vmw_balloon snd_ens1371 aes_x86_64 lrw snd_ac97_codec gf128mul glue_helper ablk_helper cryptd ac97_bus gameport snd_pcm serio_raw snd_seq_midi snd_seq_midi_event snd_rawmidi snd_seq snd_seq_device snd_timer vmwgfx btusb ttm snd drm_kms_helper drm soundcore shpchp vmw_vmci i2c_piix4 rfcomm bnep bluetooth 6lowpan_iphc parport_pc ppdev mac_hid lp parport hid_generic usbhid hid psmouse ahci libahci floppy e1000 vmw_pvscsi vmxnet3 mptspi mptscsih mptbase scsi_transport_spi pata_acpi [last unloaded: helloworld]

[ 459.516476] CPU: 0 PID: 4531 Comm: insmod Tainted: G OE 3.16.0-33-generic #44~14.04.1-Ubuntu

[ 459.516478] Hardware name: VMware, Inc. VMware Virtual Platform/440BX Desktop Reference Platform, BIOS 6.00 05/20/2014

[ 459.516479] task: ffff88003821f010 ti: ffff880038fa0000 task.ti: ffff880038fa0000

[ 459.516480] RIP: 0010:[<ffffffffc061400d>] [<ffffffffc061400d>] hello_init+0xd/0x30 [helloworld]

[ 459.516483] RSP: 0018:ffff880038fa3d40 EFLAGS: 00010246

[ 459.516484] RAX: ffff88000c31d901 RBX: ffffffff81c1a020 RCX: 000000000004b29f

[ 459.516485] RDX: 000000000004b29e RSI: 0000000000000017 RDI: ffffffffc0615024

[ 459.516485] RBP: ffff880038fa3db8 R08: 0000000000015e80 R09: ffff88003d615e80

[ 459.516486] R10: ffffea000030c740 R11: ffffffff81002138 R12: ffff88000c31d0c0

[ 459.516487] R13: 0000000000000000 R14: ffffffffc0614000 R15: ffffffffc0616000

[ 459.516488] FS: 00007f8a6fa86740(0000) GS:ffff88003d600000(0000) knlGS:0000000000000000

[ 459.516489] CS: 0010 DS: 0000 ES: 0000 CR0: 0000000080050033

[ 459.516490] CR2: 0000000000000000 CR3: 0000000038760000 CR4: 00000000003407f0

[ 459.516522] DR0: 0000000000000000 DR1: 0000000000000000 DR2: 0000000000000000

[ 459.516524] DR3: 0000000000000000 DR6: 00000000fffe0ff0 DR7: 0000000000000400

[ 459.516524] Stack:

[ 459.516537] ffff880038fa3db8 ffffffff81002144 0000000000000001 0000000000000001

[ 459.516540] 0000000000000001 ffff880028ab5040 0000000000000001 ffff880038fa3da0

[ 459.516541] ffffffff8119d0b2 ffffffffc0616018 00000000bd1141ac ffffffffc0616018

[ 459.516543] Call Trace:

[ 459.516548] [<ffffffff81002144>] ? do_one_initcall+0xd4/0x210

[ 459.516550] [<ffffffff8119d0b2>] ? __vunmap+0xb2/0x100

[ 459.516554] [<ffffffff810ed9b1>] load_module+0x13c1/0x1b80

[ 459.516557] [<ffffffff810e9560>] ? store_uevent+0x40/0x40

[ 459.516560] [<ffffffff810ee2e6>] SyS_finit_module+0x86/0xb0

[ 459.516563] [<ffffffff8176be6d>] system_call_fastpath+0x1a/0x1f

[ 459.516564] Code: <c7>04 25 00 00 00 00 74 65 73 74 31 c0 48 89 e5 e8 a2 86 14 c1 31

[ 459.516573] RIP [<ffffffffc061400d>] hello_init+0xd/0x30 [helloworld]

[ 459.516575] RSP <ffff880038fa3d40>

[ 459.516576] CR2: 0000000000000000

[ 459.516578] ---[ end trace 7c52cc8624b7ea60 ]---

下面简单分析下oops信息的内容。

由BUG: unable to handle kernel NULL pointer dereference at (null)知道出错的原因是使用了空指针。标红的部分确定了具体出错的函数。Modules linked in: helloworld表明了引起oops问题的具体模块。call trace列出了函数的调用信息。这些信息中其中标红的部分是最有用的，我们可以根据其信息找到具体出错的代码行。下面就来说下，如何定位到具体出错的代码行。

第一步我们需要使用objdump把编译生成的bin文件反汇编，我们这里就是helloworld.o，如下命令把反汇编信息保存到err.txt文件中：

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objdump helloworld.o -D >err.txt

err.txt内容如下：

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helloworld.o: file format elf64-x86-64

Disassembly of section .text:

<span style="color:#ff0000">0000000000000000 <init_module>:</span>

0: e8 00 00 00 00 callq 5 <init_module+0x5>

5: 55 push %rbp

6: 48 c7 c7 00 00 00 00mov$0x0,%rdi

d: c7 04 25 00 00 00 00movl $0x74736574,0x0

14: 74 65 73 74

18: 31 c0 xor%eax,%eax

1a: 48 89 e5mov%rsp,%rbp

1d: e8 00 00 00 00 callq 22 <init_module+0x22>

22: 31 c0 xor%eax,%eax

24: 5d pop%rbp

25: c3 retq

26: 66 2e 0f 1f 84 00 00nopw %cs:0x0(%rax,%rax,1)

2d: 00 00 00

0000000000000030 <cleanup_module>:

30: e8 00 00 00 00 callq 35 <cleanup_module+0x5>

35: 55 push %rbp

36: 48 c7 c7 00 00 00 00mov$0x0,%rdi

3d: 31 c0 xor%eax,%eax

3f: 48 89 e5mov%rsp,%rbp

42: e8 00 00 00 00 callq 47 <cleanup_module+0x17>

47: 5d pop%rbp

48: c3 retq

Disassembly of section .rodata.str1.1:

0000000000000000 <.rodata.str1.1>:

0: 01 31 add%esi,(%rcx)

2: 48 rex.W

3: 65 gs

4: 6c insb (%dx),%es:(%rdi)

5: 6c insb (%dx),%es:(%rdi)

6: 6f outsl %ds:(%rsi),(%dx)

7: 2c 20 sub$0x20,%al

9: 77 6f ja 7a <cleanup_module+0x4a>

b: 72 6c jb 79 <cleanup_module+0x49>

d: 64 0a 00or %fs:(%rax),%al

10: 01 31 add%esi,(%rcx)

12: 47 6f rex.RXB outsl %ds:(%rsi),(%dx)

14: 6f outsl %ds:(%rsi),(%dx)

15: 64 fs

16: 62 (bad)

17: 79 65 jns7e <cleanup_module+0x4e>

19: 2c 20 sub$0x20,%al

1b: 63 72 75movslq 0x75(%rdx),%esi

1e: 65 gs

1f: 6c insb (%dx),%es:(%rdi)

20: 20 77 6fand%dh,0x6f(%rdi)

23: 72 6c jb 91 <cleanup_module+0x61>

25: 64 0a 00or %fs:(%rax),%al

Disassembly of section .modinfo:

0000000000000000 <__UNIQUE_ID_license0>:

0: 6c insb (%dx),%es:(%rdi)

1: 69 63 65 6e 73 65 3dimul $0x3d65736e,0x65(%rbx),%esp

8: 44 75 61rex.R jne 6c <cleanup_module+0x3c>

b: 6c insb (%dx),%es:(%rdi)

c: 20 42 53and%al,0x53(%rdx)

f: 44 2f rex.R (bad)

11: 47 50 rex.RXB push %r8

13: 4c rex.WR

...

Disassembly of section .comment:

0000000000000000 <.comment>:

0: 00 47 43add%al,0x43(%rdi)

3: 43 3a 20rex.XB cmp (%r8),%spl

6: 28 55 62sub%dl,0x62(%rbp)

9: 75 6e jne79 <cleanup_module+0x49>

b: 74 75 je 82 <cleanup_module+0x52>

d: 20 34 2eand%dh,(%rsi,%rbp,1)

10: 38 2e cmp%ch,(%rsi)

12: 32 2d 31 39 75 62 xor0x62753931(%rip),%ch# 62753949 <cleanup_module+0x62753919>

18: 75 6e jne88 <cleanup_module+0x58>

1a: 74 75 je 91 <cleanup_module+0x61>

1c: 31 29 xor%ebp,(%rcx)

1e: 20 34 2eand%dh,(%rsi,%rbp,1)

21: 38 2e cmp%ch,(%rsi)

23: 32 00 xor(%rax),%al

Disassembly of section __mcount_loc:

0000000000000000 <__mcount_loc>:

由oops信息我们知道出错的地方是hello_init的地址偏移0xd。而有dump信息知道，hello_init的地址即init_module的地址，因为hello_init即本模块的初始化入口，如果在其他函数中出错，dump信息中就会有相应符号的地址。由此我们得到出错的地址是0xd，下一步我们就可以使用addr2line来定位具体的代码行：

addr2line -C -f -e helloworld.o d

此命令就可以得到行号了。以上就是通过oops信息来定位驱动崩溃的行号。

其他调试手段

以上就是通过oops信息来获取具体的导致崩溃的代码行，这种情况都是用在遇到比较严重的错误导致内核挂掉的情况下使用的，另外比较常用的调试手段就是使用printk来输出打印信息。printk的使用方法类似printf，只是要注意一下打印级别，详细介绍在linux设备驱动第二篇：构造和运行模块中已有描述，另外需要注意的是大量使用printk会严重拖慢系统，所以使用过程中也要注意。

以上两种调试手段是我工作中最常用的，还有一些其他的调试手段，例如使用/proc文件系统，使用trace等用户空间程序，使用gdb，kgdb等，这些调试手段一般不太容易使用或者不太方便使用，所以这里就不在介绍了。

第一步：下载一个for Linux版对应的显卡驱动

第二步：如果查出内核中存在xen字样，说明正处在虚拟机平台。在虚拟机平台不能安装显卡驱动，也不是说一定不能，但是显卡驱动对虚拟机的支持不好；要退出虚拟机平台就要重起电脑后选择没有xen的内核版本进入，如果没有也没有办法了，可以试下是重装一下系统时不选虚拟机；

第三步：如上第二步进入系统后按Ctrl+Alt+BackSpace进入字符界面用root登陆，如果还是图形界面，就进入图形界面后在shell下输入命令init 3进入字符界面。

第四步：在字符界面进入显卡驱动的目录后用./NVIDIA-Linux-x86-173.08-pkg1.run开始安装d出第一个画面选择Accept允许安装，再d出第二个画面选择否不通过网络更新后就开始安装了，最后选择启用驱动自带的配置软件。

第五步：输入命令init 5进入图形界面，如果图形界面报错就rboot系统。

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