MTK Linux DRM分析（二十一）- KMS drm_vblank.c drm_vblank_work.c

一、简介

代码分析

drm_vblank_work.c 的分析

概述：这个文件实现了 DRM 子系统的 vblank work 机制，用于在 vblank（垂直空白）中断后调度时间敏感的任务。这些任务以实时优先级（realtime priority）执行，以减少被抢占的风险，适用于 GPU 驱动中需要精确时序的硬件编程（如寄存器更新）。它基于 kthread_work，提供延迟执行、重新调度和取消功能。工作项在 vblank 计数达到指定值时触发，支持自重置（self-rearming）。文件强调非实时内核的局限性，但通过实时优先级最小化延迟。内部使用链表管理挂起工作，并与 vblank 中断集成。关键数据结构：
drm_vblank_work：工作项结构，包含 kthread_work、目标 vblank 计数和链表节点。drm_vblank_crtc：扩展 vblank 结构，包含挂起工作链表和工作队列。
特性：
支持在 vblank 后立即执行或推迟到下一个 vblank。取消/刷新操作确保同步，避免自重置工作无限循环。与 IRQ 上下文集成：工作在 IRQ 后调度到 kthread。调试：使用 drm_dbg_core 记录延迟或已过 vblank。
潜在问题：依赖实时调度器，如果系统负载高，仍可能错过截止时间；取消操作需小心处理自重置工作。

drm_vblank.c 的分析

概述：这个文件是 DRM vblank 处理的核心，管理 vblank 中断、计数器和事件。vblank 是图形渲染的关键，用于同步翻页（page flips）和渲染，避免撕裂（tearing）。它处理中断过滤、计数器包装、重置和引用计数，确保无竞争。驱动需实现 enable/disable_vblank 钩子，并在 IRQ 中调用 drm_crtc_handle_vblank。支持高精度时间戳、事件队列和 IOCTL（如等待 vblank 或获取序列）。对于无硬件 vblank 支持的驱动，使用假事件。文件详细解释 vblank 的历史和硬件背景。关键数据结构：
drm_vblank_crtc：每个 CRTC 的 vblank 状态，包括计数器、时间戳、引用计数和事件队列。drm_pending_vblank_event：挂起事件结构，用于用户空间通知。
特性：
中断处理：过滤冗余 IRQ，更新计数器，发送事件。引用计数：drm_vblank_get/put 确保中断启用。时间戳：高精度计算，支持重试以满足精度要求。IOCTL 支持：等待 vblank、获取/队列序列。模式设置集成：处理模式切换时的 vblank 禁用。
潜在问题：硬件依赖性强，无 vblank IRQ 的驱动需模拟；延迟禁用（offdelay）可能导致额外 IRQ；计数器溢出需小心处理。

两个代码之间的联系

依赖关系：drm_vblank_work.c 扩展了 drm_vblank.c，将其作为基础。drm_vblank_work 使用 drm_vblank_crtc 结构，并调用 drm_vblank_get/put、drm_vblank_passed 等函数。drm_vblank.c 中的 drm_handle_vblank 调用 drm_handle_vblank_works（从 drm_vblank_work.c），将 vblank 事件与工作调度集成。功能互补：drm_vblank.c 处理 vblank 核心（中断、计数器、事件），drm_vblank_work.c 在其上添加工作调度，支持时间敏感任务。vblank 中断触发工作执行，确保在 vblank 窗口内编程硬件。使用场景：在 DRM 驱动中，vblank IRQ 调用 drm_crtc_handle_vblank（从 drm_vblank.c），它内部调用 drm_handle_vblank_works（从 drm_vblank_work.c）来调度工作。驱动可使用 drm_vblank_work_schedule 安排任务，如翻页或寄存器更新。联系点总结：drm_vblank_work.c 是 drm_vblank.c 的扩展模块，提供高级调度；它们共享数据结构和锁（如 event_lock），确保线程安全。无 drm_vblank.c，drm_vblank_work.c 无法工作。

函数调用关系图（基于文本）

以下是基于两个代码内容的函数调用关系图，以树状结构表示。图中重点突出主要函数及其内部调用（包括辅助函数、宏和共享调用）。调用图按代码文件分开，最后在整合中显示联系。使用箭头表示调用方向，括号中注明条件或内部细节。

drm_vblank_work.c 的函数调用关系图

drm_handle_vblank_works
├── atomic64_read (读取 vblank->count)
├── list_for_each_entry_safe (迭代 pending_work 链表)
├── drm_vblank_passed (检查是否达到目标 count)
├── list_del_init (移除节点)
├── drm_vblank_put (释放 vblank 引用)
├── kthread_queue_work (调度工作到 worker)
└── wake_up_all (唤醒 work_wait_queue)
 
drm_vblank_cancel_pending_works
├── list_for_each_entry_safe (迭代 pending_work 链表)
├── list_del_init (移除节点)
├── drm_vblank_put (释放 vblank 引用)
└── wake_up_all (唤醒 work_wait_queue)
 
drm_vblank_work_schedule
├── spin_lock_irqsave (加 event_lock)
├── drm_vblank_get (如果未调度，获取 vblank 引用)
├── drm_vblank_count (获取当前 vblank count)
├── drm_vblank_passed (检查是否已过目标 count)
├── kthread_queue_work (如果已过且 !nextonmiss，直接调度)
├── list_add_tail (添加到 pending_work 链表，如果需延迟)
├── list_del_init (如果重新调度，移除旧节点)
└── spin_unlock_irqrestore (解 event_lock)
    └── wake_up_all (如果移除节点，唤醒队列)
 
drm_vblank_work_cancel_sync
├── spin_lock_irq (加 event_lock)
├── list_del_init (如果在链表中，移除节点)
├── drm_vblank_put (释放 vblank 引用)
├── wake_up_all (唤醒 work_wait_queue)
├── kthread_cancel_work_sync (取消并等待工作完成)
└── spin_unlock_irq (解 event_lock)
 
drm_vblank_work_flush
├── spin_lock_irq (加 event_lock)
├── wait_event_lock_irq (等待节点为空，使用 list_empty 检查)
└── spin_unlock_irq (解 event_lock)
    └── kthread_flush_work (刷新工作)
 
drm_vblank_work_init
├── kthread_init_work (初始化 kthread_work)
├── INIT_LIST_HEAD (初始化节点链表)
└── (设置 vblank 指针)
 
drm_vblank_worker_init
├── INIT_LIST_HEAD (初始化 pending_work 链表)
├── init_waitqueue_head (初始化 work_wait_queue)
├── kthread_create_worker (创建工作者线程)
└── sched_set_fifo (设置实时优先级)

辅助函数/宏：包括 spin_lock_irqsave、assert_spin_locked 等锁操作；drm_dbg_core 用于调试日志。

drm_vblank.c 的函数调用关系图

drm_handle_vblank
├── drm_update_vblank_count (更新 vblank 计数器)
├── wake_up (唤醒 vblank->queue)
├── drm_handle_vblank_events (处理事件)
├── drm_handle_vblank_works (调用 drm_vblank_work.c 处理工作)
└── vblank_disable_fn (如果需立即禁用，调度定时器)
 
drm_crtc_handle_vblank
└── drm_handle_vblank (调用旧版处理函数)
 
drm_handle_vblank_events
├── drm_vblank_count_and_time (获取 count 和时间戳)
├── list_for_each_entry_safe (迭代 vblank_event_list)
├── drm_vblank_passed (检查事件序列)
├── list_del (移除事件)
├── drm_vblank_put (释放引用)
└── send_vblank_event (发送事件到用户空间)
 
drm_vblank_get
├── drm_vblank_enable (启用 vblank，如果引用计数为0)
└── atomic_inc_return (增加 refcount)
 
drm_vblank_put
├── atomic_dec_return (减少 refcount)
└── vblank_disable_fn (如果 refcount 为0，调度禁用)
 
drm_crtc_vblank_on
├── drm_calc_vbltimestamp_from_scanoutpos (计算时间戳)
├── drm_update_vblank_count (更新计数器)
├── drm_vblank_enable (启用 vblank)
└── drm_vblank_get (获取引用)
 
drm_crtc_vblank_off
├── drm_vblank_disable_and_save (保存并禁用 vblank)
├── drm_update_vblank_count (更新计数器)
└── drm_vblank_put (释放引用)
 
drm_wait_one_vblank
├── drm_vblank_get (获取引用)
├── drm_vblank_count (获取当前 count)
├── wait_event_timeout (等待下一个 vblank)
└── drm_vblank_put (释放引用)
 
drm_crtc_get_sequence_ioctl
├── drm_crtc_find (查找 CRTC)
├── drm_crtc_vblank_get (临时获取引用，如果未启用)
├── drm_modeset_lock / drm_modeset_unlock (锁定模式设置)
├── drm_vblank_count_and_time (获取序列和时间戳)
└── drm_crtc_vblank_put (释放临时引用)
 
drm_crtc_queue_sequence_ioctl
├── drm_crtc_find (查找 CRTC)
├── drm_crtc_vblank_get (获取引用)
├── drm_vblank_count_and_time (获取当前序列和时间戳)
├── drm_event_reserve_init_locked (保留事件)
├── drm_vblank_passed (检查是否已过)
├── send_vblank_event (如果已过，立即发送)
└── list_add_tail (添加到 vblank_event_list，如果需延迟)

辅助函数/宏：包括 drm_update_vblank_count（内部调用 store_vblank、drm_calc_vbltimestamp_from_scanoutpos）；drm_vblank_passed 用于比较序列；锁如 spin_lock_irqsave、seqlock。

整体函数调用关系图（整合联系）

drm_handle_vblank (drm_vblank.c)
├── drm_handle_vblank_events (drm_vblank.c)
└── drm_handle_vblank_works (drm_vblank_work.c)  // 核心联系：vblank 中断触发工作调度
 
drm_crtc_handle_vblank (drm_vblank.c)
└── drm_handle_vblank (drm_vblank.c)  // 桥接 KMS 到旧版
 
drm_vblank_get (drm_vblank.c)
└── (被 drm_vblank_work_schedule / drm_vblank_work_cancel_sync 等调用，管理引用)
 
drm_vblank_put (drm_vblank.c)
└── (被 drm_handle_vblank_works / drm_vblank_work_schedule 等调用，释放引用)
 
drm_vblank_work_schedule (drm_vblank_work.c)
├── drm_vblank_get (drm_vblank.c)
├── drm_vblank_count (drm_vblank.c)
├── drm_vblank_passed (drm_vblank.c)
└── drm_vblank_put (drm_vblank.c)
 
drm_vblank_work_cancel_sync (drm_vblank_work.c)
└── drm_vblank_put (drm_vblank.c)
 
drm_vblank_work_init (drm_vblank_work.c)
└── (使用 drm_crtc_index，从 drm_vblank.c 获取 vblank 指针)

说明：整合图突出 drm_vblank.c 如何调用 drm_vblank_work.c（如在 handle_vblank 中），以及共享函数（如 drm_vblank_get/put、drm_vblank_passed）用于同步。vblank 中断（IRQ）是入口点，触发事件和工作处理。

二、总结

1. drm_vblank.c 和 drm_vblank_work.c 的关系

drm_vblank.c

是 vblank 机制的核心实现文件。

提供了 vblank 的注册、启停、计数、事件通知等主要功能。

这里的接口比如：


drm_vblank_get() /
drm_vblank_put()：控制 vblank reference。


drm_wait_vblank_ioctl()：用户态通过 IOCTL 等待 vblank。


drm_handle_vblank()：驱动在中断里调用，用来通知 vblank 发生。

本质上负责 vblank 计数 + 中断处理 + 上层事件通知。

drm_vblank_work.c

是在 atomic 模式设置 和 commit 提交流程 中用到的异步 vblank 事件处理。

它实现了 延迟/异步的 vblank 事件处理工作队列 (workqueue)，保证用户态提交的 page flip、atomic commit 能在合适的 vblank 时机被通知。

特点：

不直接处理中断，而是借助
work_struct 来延迟执行。

避免在硬件中断或原子提交路径中做太复杂的事。

👉 可以简单理解：


drm_vblank.c → 核心 vblank 管理 (计数/事件/中断)


drm_vblank_work.c → 辅助模块，用 workqueue 处理延迟的 vblank 事件

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2. vblank 在 DRM 中的使用位置

vblank 的存在主要是为了解决 显示同步 问题，涉及多个模块：

DRM Core


drm_vblank.c 是核心层的抽象，所有驱动都会复用。

IOCTL：用户空间的
DRM_IOCTL_WAIT_VBLANK 最终走这里。

Atomic Commit

在 drm_atomic_helper.c 里，提交新的 framebuffer 或 mode 时，可以选择等到 vblank 再切换（避免撕裂）。

这里会用到
drm_crtc_send_vblank_event() /
drm_crtc_arm_vblank_event()。

Page Flip

经典的
drm_mode_page_flip_ioctl() 会挂起用户请求，等 vblank 中断来了再完成。

驱动平台层

平台必须实现 vblank 中断回调（通常是在 CRTC 驱动中）。

例如
mtk_drm_crtc.c 会在中断里调用
drm_handle_vblank(dev, crtc_id)，上报给核心层。

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3. 总结


drm_vblank.c：核心 vblank 管理，实现了计数、事件和 IOCTL 支持。


drm_vblank_work.c：辅助模块，用 workqueue 处理 延迟的 vblank 事件，主要在 atomic/page flip 场景下使用。

vblank 被用在 CRTC/atomic commit/page flip 路径中，用来保证画面更新和用户空间通知与显示同步。