drm vblank使能(enable)与去使能(disable)

一、vblank使能与去使能流程

本文的分析的代码基于linux内核5.4.191。

当应用程序调用命令为DRM_IOCTL_MODE_ATOMIC的ioctl时，陷入内核后会调用函数drm_mode_atomic_ioctl，有如下调用流程，应用程序调用ioctl时会传入类型为struct drm_mode_atomic的参数，该结构体有一个成员flags，以下流程以flags设置了DRM_MODE_ATOMIC_NONBLOCK为例：

应用程序进程						   kworker线程                                      driver irq handler
drm_mode_atomic_ioctl
  ->drm_atomic_nonblocking_commit
    ->drm_atomic_helper_commit
	  ->queue_work	  
									commit_work
									  ->commit_tail
										->drm_atomic_helper_commit_tail_rpm
										  ->drm_atomic_helper_commit_planes
											->xxx_crtc_atomic_flush driver回调函数
										  ->drm_atomic_helper_wait_for_vblanks
											->drm_crtc_vblank_get
											  ->drm_vblank_get
											->drm_crtc_vblank_count(crtc);
											->wait_event_timeout  超时时间100ms
											  睡眠，并挂到队列vblank->queue上
																					 xxx_crtc_irq_handler
																					   ->drm_handle_vblank
																						 ->drm_update_vblank_count
																						 ->wake_up(&vblank->queue);
											->drm_crtc_vblank_put						 ->drm_handle_vblank_events
												->drm_vblank_put							->drm_vblank_put
												  ->vblank_disable_fn/mod_timer				->send_vblank_event
																					   ->drm_crtc_send_vblank_event

以下分析中，黄色字体为应用程序流程，蓝色字体为kworker线程流程， 绿色字体为DC irq handler流程。

1、应用程序调用queue_work后将工作加入工作队列，工作的函数为commit_work，随后应用程序继续运行不需要等待。

2、kworker线程执行应用程序加入work队列的work的函数commit_work。

3、kworker线程会调用driver的回调函数xxx_crtc_atomic_flush，该回调函数主要是设置寄存器显示图像。

4、kworker线程调用函数drm_atomic_helper_wait_for_vblanks：

• 函数drm_crtc_vblank_get将vblank的refcount即引用计数自增加1。如果引用计数自增后等于1，最终会调用DC driver注册的回调函数xxx_crtc_enable_vblank（类型为struct drm_crtc_funcs的成员enable_vblank指向该函数），该回调函数会使能DC crtc的中断；如果引用计数自增后不为1，则不做处理。
• 函数drm_crtc_vblank_count获取vblank的count值，并保存该值。
• 函数wait_event_timeout将kworker自身设置为TASK_UNINTERRUPTIBLE，并挂到vblank的queue队列上，直到超过100ms或上面保存的vblank的count值不等于新获取的vblank的count值。

5、在DC设置为每秒60帧的情况下，每16.7ms会触发一次中断， 所以100ms是远大于DC中断间隔时间的。DC中断触发后，中断处理程序调用函数drm_handle_vblank。

6、drm_handle_vblank会进行如下处理：

• 函数drm_update_vblank_count会自增vblank的count值，自增的值一般是1。
• 函数wake_up唤醒vblank的queue上的任务。此时kworker线程被唤醒，发现保存的vblank的count和新获取的vblank的count不等，则继续执行。此时kworker线程可以与DC IRQ handler并行执行。
• 函数drm_handle_vblank_events将dev的链表vblank_event_list上的所有event发送出去。在该驱动handler中，该链表为空，所以不会执行drm_vblank_put和send_vblank_event。
• 如果条件dev->vblank_disable_immediate && drm_vblank_offdelay > 0 && !atomic_read(&vblank->refcount)为真，则会调用函数vblank_disable_fn去使能（diable）vblank，关闭DC中断。在上面代码流程图中省略了。因为DC driver并未设置dev->vblank_disable_immediate为true。
• 函数drm_crtc_send_vblank_event将vblank event发送出去。

7、kworker线程调用函数drm_crtc_vblank_put，最终调用函数drm_vblank_put，该函数对vblank的引用计数refcount自减1，如果自减后不为0，则不处理；否则进行如下处理：

• 如果drm_vblank_offdelay为0，则不处理。设置该全局变量默认为5000ms。
• 如果drm_vblank_offdelay小于0，调用函数vblank_disable_fn去使能（diable）vblank。
• 如果drm_vblank_offdelay大于0且dev->vblank_disable_immediate为false，则调用函数mod_timer修改vblank的disable_timer的超时时间为当前时间加上drm_vblank_offdelay（默认为5000ms），其中disbale_timer在vblank初始化中创建，timer超时回调函数为vblank_disable_fn。

所以从上面流程分析可知，只要应用程序调用命令为DRM_IOCTL_MODE_ATOMIC的ioctl的时间不超过5000ms，则不会disable vblank，因为应用程序下一次发起DRM_IOCTL_MODE_ATOMIC ioctl时，kworker线程又会调用drm_vblank_get和drm_vblank_put，而drm_vblank_put会调用mod_timer，mod_timer等价于del_timer(timer); timer->expires = expires; add_timer(timer);，即先将timer从超时队列中删除，然后修改超时时间，最后再加入超时队列等待超时。
如果结束应用程序，从内核日志可以发现5000ms后，vblank被disable了，DC不再触发中断。

注：假设下一次发起DRM_IOCTL_MODE_ATOMIC的ioctl时，调用drm_vblank_get后（vblank 的refcount自增变为1，但是因为vblank的enabled还未设置为false，所以不会enable vblank），但是还未调用drm_vblank_put时，disable_timer超时并调用函数vblank_disable_fn，因为函数vblank_disable_fn会判断vblank的refcount，只有该值为0才会diable vblank，而此时为1所以不会disable vblank。同时drm_vblank_get和vblank_disable_fn都会有自旋锁dev->vbl_lock保护（spin_lock_irqsave），所以不会存在并发问题。

二、driver发送event方式对vlbank refcount的影响

driver有如下两种方式发送vblank event：

1. driver回调函数xxx_crtc_atomic_flush将vblank event（函数参数类型为struct drm_crtc的成员state->event）保存下来。DC driver irq handler调用函数drm_crtc_send_vblank_event将保存的vblank event发送出去。上面的流程分析就是这种情况。
2. driver回调函数xxx_crtc_atomic_flush先调用函数drm_crtc_vblank_get，然后调用函数drm_crtc_arm_vblank_event将vblank event插入链表dev->vblank_event_list，DC driver irq handler调用函数drm_crtc_handle_vblank，函数drm_crtc_handle_vblank最终对链表dev->vblank_event_list中的每个vblank event调用一次drm_vblank_put和send_vblank_event将vblank event发送出去。

因为第二种方式调用drm_crtc_handle_vblank会对每个vblank event调用一次drm_vblank_put，所以其他厂商的驱动在调用函数drm_crtc_arm_vblank_event前也会调用一次drm_crtc_vblank_get。这样也能保证在vblank event发送出去之前不会disable vblank。