treewide: remove redundant IS_ERR() before error code check
[linux/fpc-iii.git] / Documentation / gpu / drm-kms.rst
blob906771e03103240fd6fa2051631ff45ce7358ef7
1 =========================
2 Kernel Mode Setting (KMS)
3 =========================
5 Drivers must initialize the mode setting core by calling
6 drm_mode_config_init() on the DRM device. The function
7 initializes the :c:type:`struct drm_device <drm_device>`
8 mode_config field and never fails. Once done, mode configuration must
9 be setup by initializing the following fields.
11 -  int min_width, min_height; int max_width, max_height;
12    Minimum and maximum width and height of the frame buffers in pixel
13    units.
15 -  struct drm_mode_config_funcs \*funcs;
16    Mode setting functions.
18 Overview
19 ========
21 .. kernel-render:: DOT
22    :alt: KMS Display Pipeline
23    :caption: KMS Display Pipeline Overview
25    digraph "KMS" {
26       node [shape=box]
28       subgraph cluster_static {
29           style=dashed
30           label="Static Objects"
32           node [bgcolor=grey style=filled]
33           "drm_plane A" -> "drm_crtc"
34           "drm_plane B" -> "drm_crtc"
35           "drm_crtc" -> "drm_encoder A"
36           "drm_crtc" -> "drm_encoder B"
37       }
39       subgraph cluster_user_created {
40           style=dashed
41           label="Userspace-Created"
43           node [shape=oval]
44           "drm_framebuffer 1" -> "drm_plane A"
45           "drm_framebuffer 2" -> "drm_plane B"
46       }
48       subgraph cluster_connector {
49           style=dashed
50           label="Hotpluggable"
52           "drm_encoder A" -> "drm_connector A"
53           "drm_encoder B" -> "drm_connector B"
54       }
55    }
57 The basic object structure KMS presents to userspace is fairly simple.
58 Framebuffers (represented by :c:type:`struct drm_framebuffer <drm_framebuffer>`,
59 see `Frame Buffer Abstraction`_) feed into planes. Planes are represented by
60 :c:type:`struct drm_plane <drm_plane>`, see `Plane Abstraction`_ for more
61 details. One or more (or even no) planes feed their pixel data into a CRTC
62 (represented by :c:type:`struct drm_crtc <drm_crtc>`, see `CRTC Abstraction`_)
63 for blending. The precise blending step is explained in more detail in `Plane
64 Composition Properties`_ and related chapters.
66 For the output routing the first step is encoders (represented by
67 :c:type:`struct drm_encoder <drm_encoder>`, see `Encoder Abstraction`_). Those
68 are really just internal artifacts of the helper libraries used to implement KMS
69 drivers. Besides that they make it unecessarily more complicated for userspace
70 to figure out which connections between a CRTC and a connector are possible, and
71 what kind of cloning is supported, they serve no purpose in the userspace API.
72 Unfortunately encoders have been exposed to userspace, hence can't remove them
73 at this point.  Futhermore the exposed restrictions are often wrongly set by
74 drivers, and in many cases not powerful enough to express the real restrictions.
75 A CRTC can be connected to multiple encoders, and for an active CRTC there must
76 be at least one encoder.
78 The final, and real, endpoint in the display chain is the connector (represented
79 by :c:type:`struct drm_connector <drm_connector>`, see `Connector
80 Abstraction`_). Connectors can have different possible encoders, but the kernel
81 driver selects which encoder to use for each connector. The use case is DVI,
82 which could switch between an analog and a digital encoder. Encoders can also
83 drive multiple different connectors. There is exactly one active connector for
84 every active encoder.
86 Internally the output pipeline is a bit more complex and matches today's
87 hardware more closely:
89 .. kernel-render:: DOT
90    :alt: KMS Output Pipeline
91    :caption: KMS Output Pipeline
93    digraph "Output Pipeline" {
94       node [shape=box]
96       subgraph {
97           "drm_crtc" [bgcolor=grey style=filled]
98       }
100       subgraph cluster_internal {
101           style=dashed
102           label="Internal Pipeline"
103           {
104               node [bgcolor=grey style=filled]
105               "drm_encoder A";
106               "drm_encoder B";
107               "drm_encoder C";
108           }
110           {
111               node [bgcolor=grey style=filled]
112               "drm_encoder B" -> "drm_bridge B"
113               "drm_encoder C" -> "drm_bridge C1"
114               "drm_bridge C1" -> "drm_bridge C2";
115           }
116       }
118       "drm_crtc" -> "drm_encoder A"
119       "drm_crtc" -> "drm_encoder B"
120       "drm_crtc" -> "drm_encoder C"
123       subgraph cluster_output {
124           style=dashed
125           label="Outputs"
127           "drm_encoder A" -> "drm_connector A";
128           "drm_bridge B" -> "drm_connector B";
129           "drm_bridge C2" -> "drm_connector C";
131           "drm_panel"
132       }
133    }
135 Internally two additional helper objects come into play. First, to be able to
136 share code for encoders (sometimes on the same SoC, sometimes off-chip) one or
137 more :ref:`drm_bridges` (represented by :c:type:`struct drm_bridge
138 <drm_bridge>`) can be linked to an encoder. This link is static and cannot be
139 changed, which means the cross-bar (if there is any) needs to be mapped between
140 the CRTC and any encoders. Often for drivers with bridges there's no code left
141 at the encoder level. Atomic drivers can leave out all the encoder callbacks to
142 essentially only leave a dummy routing object behind, which is needed for
143 backwards compatibility since encoders are exposed to userspace.
145 The second object is for panels, represented by :c:type:`struct drm_panel
146 <drm_panel>`, see :ref:`drm_panel_helper`. Panels do not have a fixed binding
147 point, but are generally linked to the driver private structure that embeds
148 :c:type:`struct drm_connector <drm_connector>`.
150 Note that currently the bridge chaining and interactions with connectors and
151 panels are still in-flux and not really fully sorted out yet.
153 KMS Core Structures and Functions
154 =================================
156 .. kernel-doc:: include/drm/drm_mode_config.h
157    :internal:
159 .. kernel-doc:: drivers/gpu/drm/drm_mode_config.c
160    :export:
162 Modeset Base Object Abstraction
163 ===============================
165 .. kernel-render:: DOT
166    :alt: Mode Objects and Properties
167    :caption: Mode Objects and Properties
169    digraph {
170       node [shape=box]
172       "drm_property A" -> "drm_mode_object A"
173       "drm_property A" -> "drm_mode_object B"
174       "drm_property B" -> "drm_mode_object A"
175    }
177 The base structure for all KMS objects is :c:type:`struct drm_mode_object
178 <drm_mode_object>`. One of the base services it provides is tracking properties,
179 which are especially important for the atomic IOCTL (see `Atomic Mode
180 Setting`_). The somewhat surprising part here is that properties are not
181 directly instantiated on each object, but free-standing mode objects themselves,
182 represented by :c:type:`struct drm_property <drm_property>`, which only specify
183 the type and value range of a property. Any given property can be attached
184 multiple times to different objects using drm_object_attach_property().
186 .. kernel-doc:: include/drm/drm_mode_object.h
187    :internal:
189 .. kernel-doc:: drivers/gpu/drm/drm_mode_object.c
190    :export:
192 Atomic Mode Setting
193 ===================
196 .. kernel-render:: DOT
197    :alt: Mode Objects and Properties
198    :caption: Mode Objects and Properties
200    digraph {
201       node [shape=box]
203       subgraph cluster_state {
204           style=dashed
205           label="Free-standing state"
207           "drm_atomic_state" -> "duplicated drm_plane_state A"
208           "drm_atomic_state" -> "duplicated drm_plane_state B"
209           "drm_atomic_state" -> "duplicated drm_crtc_state"
210           "drm_atomic_state" -> "duplicated drm_connector_state"
211           "drm_atomic_state" -> "duplicated driver private state"
212       }
214       subgraph cluster_current {
215           style=dashed
216           label="Current state"
218           "drm_device" -> "drm_plane A"
219           "drm_device" -> "drm_plane B"
220           "drm_device" -> "drm_crtc"
221           "drm_device" -> "drm_connector"
222           "drm_device" -> "driver private object"
224           "drm_plane A" -> "drm_plane_state A"
225           "drm_plane B" -> "drm_plane_state B"
226           "drm_crtc" -> "drm_crtc_state"
227           "drm_connector" -> "drm_connector_state"
228           "driver private object" -> "driver private state"
229       }
231       "drm_atomic_state" -> "drm_device" [label="atomic_commit"]
232       "duplicated drm_plane_state A" -> "drm_device"[style=invis]
233    }
235 Atomic provides transactional modeset (including planes) updates, but a
236 bit differently from the usual transactional approach of try-commit and
237 rollback:
239 - Firstly, no hardware changes are allowed when the commit would fail. This
240   allows us to implement the DRM_MODE_ATOMIC_TEST_ONLY mode, which allows
241   userspace to explore whether certain configurations would work or not.
243 - This would still allow setting and rollback of just the software state,
244   simplifying conversion of existing drivers. But auditing drivers for
245   correctness of the atomic_check code becomes really hard with that: Rolling
246   back changes in data structures all over the place is hard to get right.
248 - Lastly, for backwards compatibility and to support all use-cases, atomic
249   updates need to be incremental and be able to execute in parallel. Hardware
250   doesn't always allow it, but where possible plane updates on different CRTCs
251   should not interfere, and not get stalled due to output routing changing on
252   different CRTCs.
254 Taken all together there's two consequences for the atomic design:
256 - The overall state is split up into per-object state structures:
257   :c:type:`struct drm_plane_state <drm_plane_state>` for planes, :c:type:`struct
258   drm_crtc_state <drm_crtc_state>` for CRTCs and :c:type:`struct
259   drm_connector_state <drm_connector_state>` for connectors. These are the only
260   objects with userspace-visible and settable state. For internal state drivers
261   can subclass these structures through embeddeding, or add entirely new state
262   structures for their globally shared hardware functions, see :c:type:`struct
263   drm_private_state<drm_private_state>`.
265 - An atomic update is assembled and validated as an entirely free-standing pile
266   of structures within the :c:type:`drm_atomic_state <drm_atomic_state>`
267   container. Driver private state structures are also tracked in the same
268   structure; see the next chapter.  Only when a state is committed is it applied
269   to the driver and modeset objects. This way rolling back an update boils down
270   to releasing memory and unreferencing objects like framebuffers.
272 Locking of atomic state structures is internally using :c:type:`struct
273 drm_modeset_lock <drm_modeset_lock>`. As a general rule the locking shouldn't be
274 exposed to drivers, instead the right locks should be automatically acquired by
275 any function that duplicates or peeks into a state, like e.g.
276 drm_atomic_get_crtc_state().  Locking only protects the software data
277 structure, ordering of committing state changes to hardware is sequenced using
278 :c:type:`struct drm_crtc_commit <drm_crtc_commit>`.
280 Read on in this chapter, and also in :ref:`drm_atomic_helper` for more detailed
281 coverage of specific topics.
283 Handling Driver Private State
284 -----------------------------
286 .. kernel-doc:: drivers/gpu/drm/drm_atomic.c
287    :doc: handling driver private state
289 Atomic Mode Setting Function Reference
290 --------------------------------------
292 .. kernel-doc:: include/drm/drm_atomic.h
293    :internal:
295 .. kernel-doc:: drivers/gpu/drm/drm_atomic.c
296    :export:
298 Atomic Mode Setting IOCTL and UAPI Functions
299 --------------------------------------------
301 .. kernel-doc:: drivers/gpu/drm/drm_atomic_uapi.c
302    :doc: overview
304 .. kernel-doc:: drivers/gpu/drm/drm_atomic_uapi.c
305    :export:
307 CRTC Abstraction
308 ================
310 .. kernel-doc:: drivers/gpu/drm/drm_crtc.c
311    :doc: overview
313 CRTC Functions Reference
314 --------------------------------
316 .. kernel-doc:: include/drm/drm_crtc.h
317    :internal:
319 .. kernel-doc:: drivers/gpu/drm/drm_crtc.c
320    :export:
322 Frame Buffer Abstraction
323 ========================
325 .. kernel-doc:: drivers/gpu/drm/drm_framebuffer.c
326    :doc: overview
328 Frame Buffer Functions Reference
329 --------------------------------
331 .. kernel-doc:: include/drm/drm_framebuffer.h
332    :internal:
334 .. kernel-doc:: drivers/gpu/drm/drm_framebuffer.c
335    :export:
337 DRM Format Handling
338 ===================
340 .. kernel-doc:: include/uapi/drm/drm_fourcc.h
341    :doc: overview
343 Format Functions Reference
344 --------------------------
346 .. kernel-doc:: include/drm/drm_fourcc.h
347    :internal:
349 .. kernel-doc:: drivers/gpu/drm/drm_fourcc.c
350    :export:
352 Dumb Buffer Objects
353 ===================
355 .. kernel-doc:: drivers/gpu/drm/drm_dumb_buffers.c
356    :doc: overview
358 Plane Abstraction
359 =================
361 .. kernel-doc:: drivers/gpu/drm/drm_plane.c
362    :doc: overview
364 Plane Functions Reference
365 -------------------------
367 .. kernel-doc:: include/drm/drm_plane.h
368    :internal:
370 .. kernel-doc:: drivers/gpu/drm/drm_plane.c
371    :export:
373 Display Modes Function Reference
374 ================================
376 .. kernel-doc:: include/drm/drm_modes.h
377    :internal:
379 .. kernel-doc:: drivers/gpu/drm/drm_modes.c
380    :export:
382 Connector Abstraction
383 =====================
385 .. kernel-doc:: drivers/gpu/drm/drm_connector.c
386    :doc: overview
388 Connector Functions Reference
389 -----------------------------
391 .. kernel-doc:: include/drm/drm_connector.h
392    :internal:
394 .. kernel-doc:: drivers/gpu/drm/drm_connector.c
395    :export:
397 Writeback Connectors
398 --------------------
400 .. kernel-doc:: drivers/gpu/drm/drm_writeback.c
401   :doc: overview
403 .. kernel-doc:: drivers/gpu/drm/drm_writeback.c
404   :export:
406 Encoder Abstraction
407 ===================
409 .. kernel-doc:: drivers/gpu/drm/drm_encoder.c
410    :doc: overview
412 Encoder Functions Reference
413 ---------------------------
415 .. kernel-doc:: include/drm/drm_encoder.h
416    :internal:
418 .. kernel-doc:: drivers/gpu/drm/drm_encoder.c
419    :export:
421 KMS Locking
422 ===========
424 .. kernel-doc:: drivers/gpu/drm/drm_modeset_lock.c
425    :doc: kms locking
427 .. kernel-doc:: include/drm/drm_modeset_lock.h
428    :internal:
430 .. kernel-doc:: drivers/gpu/drm/drm_modeset_lock.c
431    :export:
433 KMS Properties
434 ==============
436 Property Types and Blob Property Support
437 ----------------------------------------
439 .. kernel-doc:: drivers/gpu/drm/drm_property.c
440    :doc: overview
442 .. kernel-doc:: include/drm/drm_property.h
443    :internal:
445 .. kernel-doc:: drivers/gpu/drm/drm_property.c
446    :export:
448 Standard Connector Properties
449 -----------------------------
451 .. kernel-doc:: drivers/gpu/drm/drm_connector.c
452    :doc: standard connector properties
454 HDMI Specific Connector Properties
455 ----------------------------------
457 .. kernel-doc:: drivers/gpu/drm/drm_connector.c
458    :doc: HDMI connector properties
460 Plane Composition Properties
461 ----------------------------
463 .. kernel-doc:: drivers/gpu/drm/drm_blend.c
464    :doc: overview
466 .. kernel-doc:: drivers/gpu/drm/drm_blend.c
467    :export:
469 FB_DAMAGE_CLIPS
470 ~~~~~~~~~~~~~~~
472 .. kernel-doc:: drivers/gpu/drm/drm_damage_helper.c
473    :doc: overview
475 .. kernel-doc:: drivers/gpu/drm/drm_damage_helper.c
476    :export:
478 .. kernel-doc:: include/drm/drm_damage_helper.h
479    :internal:
481 Color Management Properties
482 ---------------------------
484 .. kernel-doc:: drivers/gpu/drm/drm_color_mgmt.c
485    :doc: overview
487 .. kernel-doc:: drivers/gpu/drm/drm_color_mgmt.c
488    :export:
490 .. kernel-doc:: include/drm/drm_color_mgmt.h
491    :internal:
493 Tile Group Property
494 -------------------
496 .. kernel-doc:: drivers/gpu/drm/drm_connector.c
497    :doc: Tile group
499 Explicit Fencing Properties
500 ---------------------------
502 .. kernel-doc:: drivers/gpu/drm/drm_atomic_uapi.c
503    :doc: explicit fencing properties
506 Variable Refresh Properties
507 ---------------------------
509 .. kernel-doc:: drivers/gpu/drm/drm_connector.c
510    :doc: Variable refresh properties
512 Existing KMS Properties
513 -----------------------
515 The following table gives description of drm properties exposed by various
516 modules/drivers. Because this table is very unwieldy, do not add any new
517 properties here. Instead document them in a section above.
519 .. csv-table::
520    :header-rows: 1
521    :file: kms-properties.csv
523 Vertical Blanking
524 =================
526 .. kernel-doc:: drivers/gpu/drm/drm_vblank.c
527    :doc: vblank handling
529 Vertical Blanking and Interrupt Handling Functions Reference
530 ------------------------------------------------------------
532 .. kernel-doc:: include/drm/drm_vblank.h
533    :internal:
535 .. kernel-doc:: drivers/gpu/drm/drm_vblank.c
536    :export: