f83622ebda9d42bfab0a84360f2b8eba26a71cb8
[firefly-linux-kernel-4.4.55.git] / Documentation / DocBook / drm.tmpl
1 <?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
2 <!DOCTYPE book PUBLIC "-//OASIS//DTD DocBook XML V4.1.2//EN"
3         "http://www.oasis-open.org/docbook/xml/4.1.2/docbookx.dtd" []>
4
5 <book id="drmDevelopersGuide">
6   <bookinfo>
7     <title>Linux DRM Developer's Guide</title>
8
9     <authorgroup>
10       <author>
11         <firstname>Jesse</firstname>
12         <surname>Barnes</surname>
13         <contrib>Initial version</contrib>
14         <affiliation>
15           <orgname>Intel Corporation</orgname>
16           <address>
17             <email>jesse.barnes@intel.com</email>
18           </address>
19         </affiliation>
20       </author>
21       <author>
22         <firstname>Laurent</firstname>
23         <surname>Pinchart</surname>
24         <contrib>Driver internals</contrib>
25         <affiliation>
26           <orgname>Ideas on board SPRL</orgname>
27           <address>
28             <email>laurent.pinchart@ideasonboard.com</email>
29           </address>
30         </affiliation>
31       </author>
32     </authorgroup>
33
34     <copyright>
35       <year>2008-2009</year>
36       <year>2012</year>
37       <holder>Intel Corporation</holder>
38       <holder>Laurent Pinchart</holder>
39     </copyright>
40
41     <legalnotice>
42       <para>
43         The contents of this file may be used under the terms of the GNU
44         General Public License version 2 (the "GPL") as distributed in
45         the kernel source COPYING file.
46       </para>
47     </legalnotice>
48
49     <revhistory>
50       <!-- Put document revisions here, newest first. -->
51       <revision>
52         <revnumber>1.0</revnumber>
53         <date>2012-07-13</date>
54         <authorinitials>LP</authorinitials>
55         <revremark>Added extensive documentation about driver internals.
56         </revremark>
57       </revision>
58     </revhistory>
59   </bookinfo>
60
61 <toc></toc>
62
63 <part id="drmCore">
64   <title>DRM Core</title>
65   <partintro>
66     <para>
67       This first part of the DRM Developer's Guide documents core DRM code,
68       helper libraries for writting drivers and generic userspace interfaces
69       exposed by DRM drivers.
70     </para>
71   </partintro>
72
73   <chapter id="drmIntroduction">
74     <title>Introduction</title>
75     <para>
76       The Linux DRM layer contains code intended to support the needs
77       of complex graphics devices, usually containing programmable
78       pipelines well suited to 3D graphics acceleration.  Graphics
79       drivers in the kernel may make use of DRM functions to make
80       tasks like memory management, interrupt handling and DMA easier,
81       and provide a uniform interface to applications.
82     </para>
83     <para>
84       A note on versions: this guide covers features found in the DRM
85       tree, including the TTM memory manager, output configuration and
86       mode setting, and the new vblank internals, in addition to all
87       the regular features found in current kernels.
88     </para>
89     <para>
90       [Insert diagram of typical DRM stack here]
91     </para>
92   </chapter>
93
94   <!-- Internals -->
95
96   <chapter id="drmInternals">
97     <title>DRM Internals</title>
98     <para>
99       This chapter documents DRM internals relevant to driver authors
100       and developers working to add support for the latest features to
101       existing drivers.
102     </para>
103     <para>
104       First, we go over some typical driver initialization
105       requirements, like setting up command buffers, creating an
106       initial output configuration, and initializing core services.
107       Subsequent sections cover core internals in more detail,
108       providing implementation notes and examples.
109     </para>
110     <para>
111       The DRM layer provides several services to graphics drivers,
112       many of them driven by the application interfaces it provides
113       through libdrm, the library that wraps most of the DRM ioctls.
114       These include vblank event handling, memory
115       management, output management, framebuffer management, command
116       submission &amp; fencing, suspend/resume support, and DMA
117       services.
118     </para>
119
120   <!-- Internals: driver init -->
121
122   <sect1>
123     <title>Driver Initialization</title>
124     <para>
125       At the core of every DRM driver is a <structname>drm_driver</structname>
126       structure. Drivers typically statically initialize a drm_driver structure,
127       and then pass it to one of the <function>drm_*_init()</function> functions
128       to register it with the DRM subsystem.
129     </para>
130     <para>
131       The <structname>drm_driver</structname> structure contains static
132       information that describes the driver and features it supports, and
133       pointers to methods that the DRM core will call to implement the DRM API.
134       We will first go through the <structname>drm_driver</structname> static
135       information fields, and will then describe individual operations in
136       details as they get used in later sections.
137     </para>
138     <sect2>
139       <title>Driver Information</title>
140       <sect3>
141         <title>Driver Features</title>
142         <para>
143           Drivers inform the DRM core about their requirements and supported
144           features by setting appropriate flags in the
145           <structfield>driver_features</structfield> field. Since those flags
146           influence the DRM core behaviour since registration time, most of them
147           must be set to registering the <structname>drm_driver</structname>
148           instance.
149         </para>
150         <synopsis>u32 driver_features;</synopsis>
151         <variablelist>
152           <title>Driver Feature Flags</title>
153           <varlistentry>
154             <term>DRIVER_USE_AGP</term>
155             <listitem><para>
156               Driver uses AGP interface, the DRM core will manage AGP resources.
157             </para></listitem>
158           </varlistentry>
159           <varlistentry>
160             <term>DRIVER_REQUIRE_AGP</term>
161             <listitem><para>
162               Driver needs AGP interface to function. AGP initialization failure
163               will become a fatal error.
164             </para></listitem>
165           </varlistentry>
166           <varlistentry>
167             <term>DRIVER_PCI_DMA</term>
168             <listitem><para>
169               Driver is capable of PCI DMA, mapping of PCI DMA buffers to
170               userspace will be enabled. Deprecated.
171             </para></listitem>
172           </varlistentry>
173           <varlistentry>
174             <term>DRIVER_SG</term>
175             <listitem><para>
176               Driver can perform scatter/gather DMA, allocation and mapping of
177               scatter/gather buffers will be enabled. Deprecated.
178             </para></listitem>
179           </varlistentry>
180           <varlistentry>
181             <term>DRIVER_HAVE_DMA</term>
182             <listitem><para>
183               Driver supports DMA, the userspace DMA API will be supported.
184               Deprecated.
185             </para></listitem>
186           </varlistentry>
187           <varlistentry>
188             <term>DRIVER_HAVE_IRQ</term><term>DRIVER_IRQ_SHARED</term>
189             <listitem><para>
190               DRIVER_HAVE_IRQ indicates whether the driver has an IRQ handler
191               managed by the DRM Core. The core will support simple IRQ handler
192               installation when the flag is set. The installation process is
193               described in <xref linkend="drm-irq-registration"/>.</para>
194               <para>DRIVER_IRQ_SHARED indicates whether the device &amp; handler
195               support shared IRQs (note that this is required of PCI  drivers).
196             </para></listitem>
197           </varlistentry>
198           <varlistentry>
199             <term>DRIVER_GEM</term>
200             <listitem><para>
201               Driver use the GEM memory manager.
202             </para></listitem>
203           </varlistentry>
204           <varlistentry>
205             <term>DRIVER_MODESET</term>
206             <listitem><para>
207               Driver supports mode setting interfaces (KMS).
208             </para></listitem>
209           </varlistentry>
210           <varlistentry>
211             <term>DRIVER_PRIME</term>
212             <listitem><para>
213               Driver implements DRM PRIME buffer sharing.
214             </para></listitem>
215           </varlistentry>
216           <varlistentry>
217             <term>DRIVER_RENDER</term>
218             <listitem><para>
219               Driver supports dedicated render nodes.
220             </para></listitem>
221           </varlistentry>
222         </variablelist>
223       </sect3>
224       <sect3>
225         <title>Major, Minor and Patchlevel</title>
226         <synopsis>int major;
227 int minor;
228 int patchlevel;</synopsis>
229         <para>
230           The DRM core identifies driver versions by a major, minor and patch
231           level triplet. The information is printed to the kernel log at
232           initialization time and passed to userspace through the
233           DRM_IOCTL_VERSION ioctl.
234         </para>
235         <para>
236           The major and minor numbers are also used to verify the requested driver
237           API version passed to DRM_IOCTL_SET_VERSION. When the driver API changes
238           between minor versions, applications can call DRM_IOCTL_SET_VERSION to
239           select a specific version of the API. If the requested major isn't equal
240           to the driver major, or the requested minor is larger than the driver
241           minor, the DRM_IOCTL_SET_VERSION call will return an error. Otherwise
242           the driver's set_version() method will be called with the requested
243           version.
244         </para>
245       </sect3>
246       <sect3>
247         <title>Name, Description and Date</title>
248         <synopsis>char *name;
249 char *desc;
250 char *date;</synopsis>
251         <para>
252           The driver name is printed to the kernel log at initialization time,
253           used for IRQ registration and passed to userspace through
254           DRM_IOCTL_VERSION.
255         </para>
256         <para>
257           The driver description is a purely informative string passed to
258           userspace through the DRM_IOCTL_VERSION ioctl and otherwise unused by
259           the kernel.
260         </para>
261         <para>
262           The driver date, formatted as YYYYMMDD, is meant to identify the date of
263           the latest modification to the driver. However, as most drivers fail to
264           update it, its value is mostly useless. The DRM core prints it to the
265           kernel log at initialization time and passes it to userspace through the
266           DRM_IOCTL_VERSION ioctl.
267         </para>
268       </sect3>
269     </sect2>
270     <sect2>
271       <title>Driver Load</title>
272       <para>
273         The <methodname>load</methodname> method is the driver and device
274         initialization entry point. The method is responsible for allocating and
275         initializing driver private data, performing resource allocation and
276         mapping (e.g. acquiring
277         clocks, mapping registers or allocating command buffers), initializing
278         the memory manager (<xref linkend="drm-memory-management"/>), installing
279         the IRQ handler (<xref linkend="drm-irq-registration"/>), setting up
280         vertical blanking handling (<xref linkend="drm-vertical-blank"/>), mode
281         setting (<xref linkend="drm-mode-setting"/>) and initial output
282         configuration (<xref linkend="drm-kms-init"/>).
283       </para>
284       <note><para>
285         If compatibility is a concern (e.g. with drivers converted over from
286         User Mode Setting to Kernel Mode Setting), care must be taken to prevent
287         device initialization and control that is incompatible with currently
288         active userspace drivers. For instance, if user level mode setting
289         drivers are in use, it would be problematic to perform output discovery
290         &amp; configuration at load time. Likewise, if user-level drivers
291         unaware of memory management are in use, memory management and command
292         buffer setup may need to be omitted. These requirements are
293         driver-specific, and care needs to be taken to keep both old and new
294         applications and libraries working.
295       </para></note>
296       <synopsis>int (*load) (struct drm_device *, unsigned long flags);</synopsis>
297       <para>
298         The method takes two arguments, a pointer to the newly created
299         <structname>drm_device</structname> and flags. The flags are used to
300         pass the <structfield>driver_data</structfield> field of the device id
301         corresponding to the device passed to <function>drm_*_init()</function>.
302         Only PCI devices currently use this, USB and platform DRM drivers have
303         their <methodname>load</methodname> method called with flags to 0.
304       </para>
305       <sect3>
306         <title>Driver Private Data</title>
307         <para>
308           The driver private hangs off the main
309           <structname>drm_device</structname> structure and can be used for
310           tracking various device-specific bits of information, like register
311           offsets, command buffer status, register state for suspend/resume, etc.
312           At load time, a driver may simply allocate one and set
313           <structname>drm_device</structname>.<structfield>dev_priv</structfield>
314           appropriately; it should be freed and
315           <structname>drm_device</structname>.<structfield>dev_priv</structfield>
316           set to NULL when the driver is unloaded.
317         </para>
318       </sect3>
319       <sect3 id="drm-irq-registration">
320         <title>IRQ Registration</title>
321         <para>
322           The DRM core tries to facilitate IRQ handler registration and
323           unregistration by providing <function>drm_irq_install</function> and
324           <function>drm_irq_uninstall</function> functions. Those functions only
325           support a single interrupt per device, devices that use more than one
326           IRQs need to be handled manually.
327         </para>
328         <sect4>
329           <title>Managed IRQ Registration</title>
330           <para>
331             Both the <function>drm_irq_install</function> and
332             <function>drm_irq_uninstall</function> functions get the device IRQ by
333             calling <function>drm_dev_to_irq</function>. This inline function will
334             call a bus-specific operation to retrieve the IRQ number. For platform
335             devices, <function>platform_get_irq</function>(..., 0) is used to
336             retrieve the IRQ number.
337           </para>
338           <para>
339             <function>drm_irq_install</function> starts by calling the
340             <methodname>irq_preinstall</methodname> driver operation. The operation
341             is optional and must make sure that the interrupt will not get fired by
342             clearing all pending interrupt flags or disabling the interrupt.
343           </para>
344           <para>
345             The IRQ will then be requested by a call to
346             <function>request_irq</function>. If the DRIVER_IRQ_SHARED driver
347             feature flag is set, a shared (IRQF_SHARED) IRQ handler will be
348             requested.
349           </para>
350           <para>
351             The IRQ handler function must be provided as the mandatory irq_handler
352             driver operation. It will get passed directly to
353             <function>request_irq</function> and thus has the same prototype as all
354             IRQ handlers. It will get called with a pointer to the DRM device as the
355             second argument.
356           </para>
357           <para>
358             Finally the function calls the optional
359             <methodname>irq_postinstall</methodname> driver operation. The operation
360             usually enables interrupts (excluding the vblank interrupt, which is
361             enabled separately), but drivers may choose to enable/disable interrupts
362             at a different time.
363           </para>
364           <para>
365             <function>drm_irq_uninstall</function> is similarly used to uninstall an
366             IRQ handler. It starts by waking up all processes waiting on a vblank
367             interrupt to make sure they don't hang, and then calls the optional
368             <methodname>irq_uninstall</methodname> driver operation. The operation
369             must disable all hardware interrupts. Finally the function frees the IRQ
370             by calling <function>free_irq</function>.
371           </para>
372         </sect4>
373         <sect4>
374           <title>Manual IRQ Registration</title>
375           <para>
376             Drivers that require multiple interrupt handlers can't use the managed
377             IRQ registration functions. In that case IRQs must be registered and
378             unregistered manually (usually with the <function>request_irq</function>
379             and <function>free_irq</function> functions, or their devm_* equivalent).
380           </para>
381           <para>
382             When manually registering IRQs, drivers must not set the DRIVER_HAVE_IRQ
383             driver feature flag, and must not provide the
384             <methodname>irq_handler</methodname> driver operation. They must set the
385             <structname>drm_device</structname> <structfield>irq_enabled</structfield>
386             field to 1 upon registration of the IRQs, and clear it to 0 after
387             unregistering the IRQs.
388           </para>
389         </sect4>
390       </sect3>
391       <sect3>
392         <title>Memory Manager Initialization</title>
393         <para>
394           Every DRM driver requires a memory manager which must be initialized at
395           load time. DRM currently contains two memory managers, the Translation
396           Table Manager (TTM) and the Graphics Execution Manager (GEM).
397           This document describes the use of the GEM memory manager only. See
398           <xref linkend="drm-memory-management"/> for details.
399         </para>
400       </sect3>
401       <sect3>
402         <title>Miscellaneous Device Configuration</title>
403         <para>
404           Another task that may be necessary for PCI devices during configuration
405           is mapping the video BIOS. On many devices, the VBIOS describes device
406           configuration, LCD panel timings (if any), and contains flags indicating
407           device state. Mapping the BIOS can be done using the pci_map_rom() call,
408           a convenience function that takes care of mapping the actual ROM,
409           whether it has been shadowed into memory (typically at address 0xc0000)
410           or exists on the PCI device in the ROM BAR. Note that after the ROM has
411           been mapped and any necessary information has been extracted, it should
412           be unmapped; on many devices, the ROM address decoder is shared with
413           other BARs, so leaving it mapped could cause undesired behaviour like
414           hangs or memory corruption.
415   <!--!Fdrivers/pci/rom.c pci_map_rom-->
416         </para>
417       </sect3>
418     </sect2>
419   </sect1>
420
421   <!-- Internals: memory management -->
422
423   <sect1 id="drm-memory-management">
424     <title>Memory management</title>
425     <para>
426       Modern Linux systems require large amount of graphics memory to store
427       frame buffers, textures, vertices and other graphics-related data. Given
428       the very dynamic nature of many of that data, managing graphics memory
429       efficiently is thus crucial for the graphics stack and plays a central
430       role in the DRM infrastructure.
431     </para>
432     <para>
433       The DRM core includes two memory managers, namely Translation Table Maps
434       (TTM) and Graphics Execution Manager (GEM). TTM was the first DRM memory
435       manager to be developed and tried to be a one-size-fits-them all
436       solution. It provides a single userspace API to accommodate the need of
437       all hardware, supporting both Unified Memory Architecture (UMA) devices
438       and devices with dedicated video RAM (i.e. most discrete video cards).
439       This resulted in a large, complex piece of code that turned out to be
440       hard to use for driver development.
441     </para>
442     <para>
443       GEM started as an Intel-sponsored project in reaction to TTM's
444       complexity. Its design philosophy is completely different: instead of
445       providing a solution to every graphics memory-related problems, GEM
446       identified common code between drivers and created a support library to
447       share it. GEM has simpler initialization and execution requirements than
448       TTM, but has no video RAM management capabitilies and is thus limited to
449       UMA devices.
450     </para>
451     <sect2>
452       <title>The Translation Table Manager (TTM)</title>
453       <para>
454         TTM design background and information belongs here.
455       </para>
456       <sect3>
457         <title>TTM initialization</title>
458         <warning><para>This section is outdated.</para></warning>
459         <para>
460           Drivers wishing to support TTM must fill out a drm_bo_driver
461           structure. The structure contains several fields with function
462           pointers for initializing the TTM, allocating and freeing memory,
463           waiting for command completion and fence synchronization, and memory
464           migration. See the radeon_ttm.c file for an example of usage.
465         </para>
466         <para>
467           The ttm_global_reference structure is made up of several fields:
468         </para>
469         <programlisting>
470           struct ttm_global_reference {
471                 enum ttm_global_types global_type;
472                 size_t size;
473                 void *object;
474                 int (*init) (struct ttm_global_reference *);
475                 void (*release) (struct ttm_global_reference *);
476           };
477         </programlisting>
478         <para>
479           There should be one global reference structure for your memory
480           manager as a whole, and there will be others for each object
481           created by the memory manager at runtime.  Your global TTM should
482           have a type of TTM_GLOBAL_TTM_MEM.  The size field for the global
483           object should be sizeof(struct ttm_mem_global), and the init and
484           release hooks should point at your driver-specific init and
485           release routines, which probably eventually call
486           ttm_mem_global_init and ttm_mem_global_release, respectively.
487         </para>
488         <para>
489           Once your global TTM accounting structure is set up and initialized
490           by calling ttm_global_item_ref() on it,
491           you need to create a buffer object TTM to
492           provide a pool for buffer object allocation by clients and the
493           kernel itself.  The type of this object should be TTM_GLOBAL_TTM_BO,
494           and its size should be sizeof(struct ttm_bo_global).  Again,
495           driver-specific init and release functions may be provided,
496           likely eventually calling ttm_bo_global_init() and
497           ttm_bo_global_release(), respectively.  Also, like the previous
498           object, ttm_global_item_ref() is used to create an initial reference
499           count for the TTM, which will call your initialization function.
500         </para>
501       </sect3>
502     </sect2>
503     <sect2 id="drm-gem">
504       <title>The Graphics Execution Manager (GEM)</title>
505       <para>
506         The GEM design approach has resulted in a memory manager that doesn't
507         provide full coverage of all (or even all common) use cases in its
508         userspace or kernel API. GEM exposes a set of standard memory-related
509         operations to userspace and a set of helper functions to drivers, and let
510         drivers implement hardware-specific operations with their own private API.
511       </para>
512       <para>
513         The GEM userspace API is described in the
514         <ulink url="http://lwn.net/Articles/283798/"><citetitle>GEM - the Graphics
515         Execution Manager</citetitle></ulink> article on LWN. While slightly
516         outdated, the document provides a good overview of the GEM API principles.
517         Buffer allocation and read and write operations, described as part of the
518         common GEM API, are currently implemented using driver-specific ioctls.
519       </para>
520       <para>
521         GEM is data-agnostic. It manages abstract buffer objects without knowing
522         what individual buffers contain. APIs that require knowledge of buffer
523         contents or purpose, such as buffer allocation or synchronization
524         primitives, are thus outside of the scope of GEM and must be implemented
525         using driver-specific ioctls.
526       </para>
527       <para>
528         On a fundamental level, GEM involves several operations:
529         <itemizedlist>
530           <listitem>Memory allocation and freeing</listitem>
531           <listitem>Command execution</listitem>
532           <listitem>Aperture management at command execution time</listitem>
533         </itemizedlist>
534         Buffer object allocation is relatively straightforward and largely
535         provided by Linux's shmem layer, which provides memory to back each
536         object.
537       </para>
538       <para>
539         Device-specific operations, such as command execution, pinning, buffer
540         read &amp; write, mapping, and domain ownership transfers are left to
541         driver-specific ioctls.
542       </para>
543       <sect3>
544         <title>GEM Initialization</title>
545         <para>
546           Drivers that use GEM must set the DRIVER_GEM bit in the struct
547           <structname>drm_driver</structname>
548           <structfield>driver_features</structfield> field. The DRM core will
549           then automatically initialize the GEM core before calling the
550           <methodname>load</methodname> operation. Behind the scene, this will
551           create a DRM Memory Manager object which provides an address space
552           pool for object allocation.
553         </para>
554         <para>
555           In a KMS configuration, drivers need to allocate and initialize a
556           command ring buffer following core GEM initialization if required by
557           the hardware. UMA devices usually have what is called a "stolen"
558           memory region, which provides space for the initial framebuffer and
559           large, contiguous memory regions required by the device. This space is
560           typically not managed by GEM, and must be initialized separately into
561           its own DRM MM object.
562         </para>
563       </sect3>
564       <sect3>
565         <title>GEM Objects Creation</title>
566         <para>
567           GEM splits creation of GEM objects and allocation of the memory that
568           backs them in two distinct operations.
569         </para>
570         <para>
571           GEM objects are represented by an instance of struct
572           <structname>drm_gem_object</structname>. Drivers usually need to extend
573           GEM objects with private information and thus create a driver-specific
574           GEM object structure type that embeds an instance of struct
575           <structname>drm_gem_object</structname>.
576         </para>
577         <para>
578           To create a GEM object, a driver allocates memory for an instance of its
579           specific GEM object type and initializes the embedded struct
580           <structname>drm_gem_object</structname> with a call to
581           <function>drm_gem_object_init</function>. The function takes a pointer to
582           the DRM device, a pointer to the GEM object and the buffer object size
583           in bytes.
584         </para>
585         <para>
586           GEM uses shmem to allocate anonymous pageable memory.
587           <function>drm_gem_object_init</function> will create an shmfs file of
588           the requested size and store it into the struct
589           <structname>drm_gem_object</structname> <structfield>filp</structfield>
590           field. The memory is used as either main storage for the object when the
591           graphics hardware uses system memory directly or as a backing store
592           otherwise.
593         </para>
594         <para>
595           Drivers are responsible for the actual physical pages allocation by
596           calling <function>shmem_read_mapping_page_gfp</function> for each page.
597           Note that they can decide to allocate pages when initializing the GEM
598           object, or to delay allocation until the memory is needed (for instance
599           when a page fault occurs as a result of a userspace memory access or
600           when the driver needs to start a DMA transfer involving the memory).
601         </para>
602         <para>
603           Anonymous pageable memory allocation is not always desired, for instance
604           when the hardware requires physically contiguous system memory as is
605           often the case in embedded devices. Drivers can create GEM objects with
606           no shmfs backing (called private GEM objects) by initializing them with
607           a call to <function>drm_gem_private_object_init</function> instead of
608           <function>drm_gem_object_init</function>. Storage for private GEM
609           objects must be managed by drivers.
610         </para>
611         <para>
612           Drivers that do not need to extend GEM objects with private information
613           can call the <function>drm_gem_object_alloc</function> function to
614           allocate and initialize a struct <structname>drm_gem_object</structname>
615           instance. The GEM core will call the optional driver
616           <methodname>gem_init_object</methodname> operation after initializing
617           the GEM object with <function>drm_gem_object_init</function>.
618           <synopsis>int (*gem_init_object) (struct drm_gem_object *obj);</synopsis>
619         </para>
620         <para>
621           No alloc-and-init function exists for private GEM objects.
622         </para>
623       </sect3>
624       <sect3>
625         <title>GEM Objects Lifetime</title>
626         <para>
627           All GEM objects are reference-counted by the GEM core. References can be
628           acquired and release by <function>calling drm_gem_object_reference</function>
629           and <function>drm_gem_object_unreference</function> respectively. The
630           caller must hold the <structname>drm_device</structname>
631           <structfield>struct_mutex</structfield> lock. As a convenience, GEM
632           provides the <function>drm_gem_object_reference_unlocked</function> and
633           <function>drm_gem_object_unreference_unlocked</function> functions that
634           can be called without holding the lock.
635         </para>
636         <para>
637           When the last reference to a GEM object is released the GEM core calls
638           the <structname>drm_driver</structname>
639           <methodname>gem_free_object</methodname> operation. That operation is
640           mandatory for GEM-enabled drivers and must free the GEM object and all
641           associated resources.
642         </para>
643         <para>
644           <synopsis>void (*gem_free_object) (struct drm_gem_object *obj);</synopsis>
645           Drivers are responsible for freeing all GEM object resources, including
646           the resources created by the GEM core. If an mmap offset has been
647           created for the object (in which case
648           <structname>drm_gem_object</structname>::<structfield>map_list</structfield>::<structfield>map</structfield>
649           is not NULL) it must be freed by a call to
650           <function>drm_gem_free_mmap_offset</function>. The shmfs backing store
651           must be released by calling <function>drm_gem_object_release</function>
652           (that function can safely be called if no shmfs backing store has been
653           created).
654         </para>
655       </sect3>
656       <sect3>
657         <title>GEM Objects Naming</title>
658         <para>
659           Communication between userspace and the kernel refers to GEM objects
660           using local handles, global names or, more recently, file descriptors.
661           All of those are 32-bit integer values; the usual Linux kernel limits
662           apply to the file descriptors.
663         </para>
664         <para>
665           GEM handles are local to a DRM file. Applications get a handle to a GEM
666           object through a driver-specific ioctl, and can use that handle to refer
667           to the GEM object in other standard or driver-specific ioctls. Closing a
668           DRM file handle frees all its GEM handles and dereferences the
669           associated GEM objects.
670         </para>
671         <para>
672           To create a handle for a GEM object drivers call
673           <function>drm_gem_handle_create</function>. The function takes a pointer
674           to the DRM file and the GEM object and returns a locally unique handle.
675           When the handle is no longer needed drivers delete it with a call to
676           <function>drm_gem_handle_delete</function>. Finally the GEM object
677           associated with a handle can be retrieved by a call to
678           <function>drm_gem_object_lookup</function>.
679         </para>
680         <para>
681           Handles don't take ownership of GEM objects, they only take a reference
682           to the object that will be dropped when the handle is destroyed. To
683           avoid leaking GEM objects, drivers must make sure they drop the
684           reference(s) they own (such as the initial reference taken at object
685           creation time) as appropriate, without any special consideration for the
686           handle. For example, in the particular case of combined GEM object and
687           handle creation in the implementation of the
688           <methodname>dumb_create</methodname> operation, drivers must drop the
689           initial reference to the GEM object before returning the handle.
690         </para>
691         <para>
692           GEM names are similar in purpose to handles but are not local to DRM
693           files. They can be passed between processes to reference a GEM object
694           globally. Names can't be used directly to refer to objects in the DRM
695           API, applications must convert handles to names and names to handles
696           using the DRM_IOCTL_GEM_FLINK and DRM_IOCTL_GEM_OPEN ioctls
697           respectively. The conversion is handled by the DRM core without any
698           driver-specific support.
699         </para>
700         <para>
701           GEM also supports buffer sharing with dma-buf file descriptors through
702           PRIME. GEM-based drivers must use the provided helpers functions to
703           implement the exporting and importing correctly. See <xref linkend="drm-prime-support" />.
704           Since sharing file descriptors is inherently more secure than the
705           easily guessable and global GEM names it is the preferred buffer
706           sharing mechanism. Sharing buffers through GEM names is only supported
707           for legacy userspace. Furthermore PRIME also allows cross-device
708           buffer sharing since it is based on dma-bufs.
709         </para>
710       </sect3>
711       <sect3 id="drm-gem-objects-mapping">
712         <title>GEM Objects Mapping</title>
713         <para>
714           Because mapping operations are fairly heavyweight GEM favours
715           read/write-like access to buffers, implemented through driver-specific
716           ioctls, over mapping buffers to userspace. However, when random access
717           to the buffer is needed (to perform software rendering for instance),
718           direct access to the object can be more efficient.
719         </para>
720         <para>
721           The mmap system call can't be used directly to map GEM objects, as they
722           don't have their own file handle. Two alternative methods currently
723           co-exist to map GEM objects to userspace. The first method uses a
724           driver-specific ioctl to perform the mapping operation, calling
725           <function>do_mmap</function> under the hood. This is often considered
726           dubious, seems to be discouraged for new GEM-enabled drivers, and will
727           thus not be described here.
728         </para>
729         <para>
730           The second method uses the mmap system call on the DRM file handle.
731           <synopsis>void *mmap(void *addr, size_t length, int prot, int flags, int fd,
732              off_t offset);</synopsis>
733           DRM identifies the GEM object to be mapped by a fake offset passed
734           through the mmap offset argument. Prior to being mapped, a GEM object
735           must thus be associated with a fake offset. To do so, drivers must call
736           <function>drm_gem_create_mmap_offset</function> on the object. The
737           function allocates a fake offset range from a pool and stores the
738           offset divided by PAGE_SIZE in
739           <literal>obj-&gt;map_list.hash.key</literal>. Care must be taken not to
740           call <function>drm_gem_create_mmap_offset</function> if a fake offset
741           has already been allocated for the object. This can be tested by
742           <literal>obj-&gt;map_list.map</literal> being non-NULL.
743         </para>
744         <para>
745           Once allocated, the fake offset value
746           (<literal>obj-&gt;map_list.hash.key &lt;&lt; PAGE_SHIFT</literal>)
747           must be passed to the application in a driver-specific way and can then
748           be used as the mmap offset argument.
749         </para>
750         <para>
751           The GEM core provides a helper method <function>drm_gem_mmap</function>
752           to handle object mapping. The method can be set directly as the mmap
753           file operation handler. It will look up the GEM object based on the
754           offset value and set the VMA operations to the
755           <structname>drm_driver</structname> <structfield>gem_vm_ops</structfield>
756           field. Note that <function>drm_gem_mmap</function> doesn't map memory to
757           userspace, but relies on the driver-provided fault handler to map pages
758           individually.
759         </para>
760         <para>
761           To use <function>drm_gem_mmap</function>, drivers must fill the struct
762           <structname>drm_driver</structname> <structfield>gem_vm_ops</structfield>
763           field with a pointer to VM operations.
764         </para>
765         <para>
766           <synopsis>struct vm_operations_struct *gem_vm_ops
767
768   struct vm_operations_struct {
769           void (*open)(struct vm_area_struct * area);
770           void (*close)(struct vm_area_struct * area);
771           int (*fault)(struct vm_area_struct *vma, struct vm_fault *vmf);
772   };</synopsis>
773         </para>
774         <para>
775           The <methodname>open</methodname> and <methodname>close</methodname>
776           operations must update the GEM object reference count. Drivers can use
777           the <function>drm_gem_vm_open</function> and
778           <function>drm_gem_vm_close</function> helper functions directly as open
779           and close handlers.
780         </para>
781         <para>
782           The fault operation handler is responsible for mapping individual pages
783           to userspace when a page fault occurs. Depending on the memory
784           allocation scheme, drivers can allocate pages at fault time, or can
785           decide to allocate memory for the GEM object at the time the object is
786           created.
787         </para>
788         <para>
789           Drivers that want to map the GEM object upfront instead of handling page
790           faults can implement their own mmap file operation handler.
791         </para>
792       </sect3>
793       <sect3>
794         <title>Memory Coherency</title>
795         <para>
796           When mapped to the device or used in a command buffer, backing pages
797           for an object are flushed to memory and marked write combined so as to
798           be coherent with the GPU. Likewise, if the CPU accesses an object
799           after the GPU has finished rendering to the object, then the object
800           must be made coherent with the CPU's view of memory, usually involving
801           GPU cache flushing of various kinds. This core CPU&lt;-&gt;GPU
802           coherency management is provided by a device-specific ioctl, which
803           evaluates an object's current domain and performs any necessary
804           flushing or synchronization to put the object into the desired
805           coherency domain (note that the object may be busy, i.e. an active
806           render target; in that case, setting the domain blocks the client and
807           waits for rendering to complete before performing any necessary
808           flushing operations).
809         </para>
810       </sect3>
811       <sect3>
812         <title>Command Execution</title>
813         <para>
814           Perhaps the most important GEM function for GPU devices is providing a
815           command execution interface to clients. Client programs construct
816           command buffers containing references to previously allocated memory
817           objects, and then submit them to GEM. At that point, GEM takes care to
818           bind all the objects into the GTT, execute the buffer, and provide
819           necessary synchronization between clients accessing the same buffers.
820           This often involves evicting some objects from the GTT and re-binding
821           others (a fairly expensive operation), and providing relocation
822           support which hides fixed GTT offsets from clients. Clients must take
823           care not to submit command buffers that reference more objects than
824           can fit in the GTT; otherwise, GEM will reject them and no rendering
825           will occur. Similarly, if several objects in the buffer require fence
826           registers to be allocated for correct rendering (e.g. 2D blits on
827           pre-965 chips), care must be taken not to require more fence registers
828           than are available to the client. Such resource management should be
829           abstracted from the client in libdrm.
830         </para>
831       </sect3>
832       <sect3>
833         <title>GEM Function Reference</title>
834 !Edrivers/gpu/drm/drm_gem.c
835       </sect3>
836       </sect2>
837       <sect2>
838         <title>VMA Offset Manager</title>
839 !Pdrivers/gpu/drm/drm_vma_manager.c vma offset manager
840 !Edrivers/gpu/drm/drm_vma_manager.c
841 !Iinclude/drm/drm_vma_manager.h
842       </sect2>
843       <sect2 id="drm-prime-support">
844         <title>PRIME Buffer Sharing</title>
845         <para>
846           PRIME is the cross device buffer sharing framework in drm, originally
847           created for the OPTIMUS range of multi-gpu platforms. To userspace
848           PRIME buffers are dma-buf based file descriptors.
849         </para>
850         <sect3>
851           <title>Overview and Driver Interface</title>
852           <para>
853             Similar to GEM global names, PRIME file descriptors are
854             also used to share buffer objects across processes. They offer
855             additional security: as file descriptors must be explicitly sent over
856             UNIX domain sockets to be shared between applications, they can't be
857             guessed like the globally unique GEM names.
858           </para>
859           <para>
860             Drivers that support the PRIME
861             API must set the DRIVER_PRIME bit in the struct
862             <structname>drm_driver</structname>
863             <structfield>driver_features</structfield> field, and implement the
864             <methodname>prime_handle_to_fd</methodname> and
865             <methodname>prime_fd_to_handle</methodname> operations.
866           </para>
867           <para>
868             <synopsis>int (*prime_handle_to_fd)(struct drm_device *dev,
869                           struct drm_file *file_priv, uint32_t handle,
870                           uint32_t flags, int *prime_fd);
871 int (*prime_fd_to_handle)(struct drm_device *dev,
872                           struct drm_file *file_priv, int prime_fd,
873                           uint32_t *handle);</synopsis>
874             Those two operations convert a handle to a PRIME file descriptor and
875             vice versa. Drivers must use the kernel dma-buf buffer sharing framework
876             to manage the PRIME file descriptors. Similar to the mode setting
877             API PRIME is agnostic to the underlying buffer object manager, as
878             long as handles are 32bit unsinged integers.
879           </para>
880           <para>
881             While non-GEM drivers must implement the operations themselves, GEM
882             drivers must use the <function>drm_gem_prime_handle_to_fd</function>
883             and <function>drm_gem_prime_fd_to_handle</function> helper functions.
884             Those helpers rely on the driver
885             <methodname>gem_prime_export</methodname> and
886             <methodname>gem_prime_import</methodname> operations to create a dma-buf
887             instance from a GEM object (dma-buf exporter role) and to create a GEM
888             object from a dma-buf instance (dma-buf importer role).
889           </para>
890           <para>
891             <synopsis>struct dma_buf * (*gem_prime_export)(struct drm_device *dev,
892                                      struct drm_gem_object *obj,
893                                      int flags);
894 struct drm_gem_object * (*gem_prime_import)(struct drm_device *dev,
895                                             struct dma_buf *dma_buf);</synopsis>
896             These two operations are mandatory for GEM drivers that support
897             PRIME.
898           </para>
899         </sect3>
900         <sect3>
901           <title>PRIME Helper Functions</title>
902 !Pdrivers/gpu/drm/drm_prime.c PRIME Helpers
903         </sect3>
904       </sect2>
905       <sect2>
906         <title>PRIME Function References</title>
907 !Edrivers/gpu/drm/drm_prime.c
908       </sect2>
909   </sect1>
910
911   <!-- Internals: mode setting -->
912
913   <sect1 id="drm-mode-setting">
914     <title>Mode Setting</title>
915     <para>
916       Drivers must initialize the mode setting core by calling
917       <function>drm_mode_config_init</function> on the DRM device. The function
918       initializes the <structname>drm_device</structname>
919       <structfield>mode_config</structfield> field and never fails. Once done,
920       mode configuration must be setup by initializing the following fields.
921     </para>
922     <itemizedlist>
923       <listitem>
924         <synopsis>int min_width, min_height;
925 int max_width, max_height;</synopsis>
926         <para>
927           Minimum and maximum width and height of the frame buffers in pixel
928           units.
929         </para>
930       </listitem>
931       <listitem>
932         <synopsis>struct drm_mode_config_funcs *funcs;</synopsis>
933         <para>Mode setting functions.</para>
934       </listitem>
935     </itemizedlist>
936     <sect2>
937       <title>Frame Buffer Creation</title>
938       <synopsis>struct drm_framebuffer *(*fb_create)(struct drm_device *dev,
939                                      struct drm_file *file_priv,
940                                      struct drm_mode_fb_cmd2 *mode_cmd);</synopsis>
941       <para>
942         Frame buffers are abstract memory objects that provide a source of
943         pixels to scanout to a CRTC. Applications explicitly request the
944         creation of frame buffers through the DRM_IOCTL_MODE_ADDFB(2) ioctls and
945         receive an opaque handle that can be passed to the KMS CRTC control,
946         plane configuration and page flip functions.
947       </para>
948       <para>
949         Frame buffers rely on the underneath memory manager for low-level memory
950         operations. When creating a frame buffer applications pass a memory
951         handle (or a list of memory handles for multi-planar formats) through
952         the <parameter>drm_mode_fb_cmd2</parameter> argument. For drivers using
953         GEM as their userspace buffer management interface this would be a GEM
954         handle.  Drivers are however free to use their own backing storage object
955         handles, e.g. vmwgfx directly exposes special TTM handles to userspace
956         and so expects TTM handles in the create ioctl and not GEM handles.
957       </para>
958       <para>
959         Drivers must first validate the requested frame buffer parameters passed
960         through the mode_cmd argument. In particular this is where invalid
961         sizes, pixel formats or pitches can be caught.
962       </para>
963       <para>
964         If the parameters are deemed valid, drivers then create, initialize and
965         return an instance of struct <structname>drm_framebuffer</structname>.
966         If desired the instance can be embedded in a larger driver-specific
967         structure. Drivers must fill its <structfield>width</structfield>,
968         <structfield>height</structfield>, <structfield>pitches</structfield>,
969         <structfield>offsets</structfield>, <structfield>depth</structfield>,
970         <structfield>bits_per_pixel</structfield> and
971         <structfield>pixel_format</structfield> fields from the values passed
972         through the <parameter>drm_mode_fb_cmd2</parameter> argument. They
973         should call the <function>drm_helper_mode_fill_fb_struct</function>
974         helper function to do so.
975       </para>
976
977       <para>
978         The initialization of the new framebuffer instance is finalized with a
979         call to <function>drm_framebuffer_init</function> which takes a pointer
980         to DRM frame buffer operations (struct
981         <structname>drm_framebuffer_funcs</structname>). Note that this function
982         publishes the framebuffer and so from this point on it can be accessed
983         concurrently from other threads. Hence it must be the last step in the
984         driver's framebuffer initialization sequence. Frame buffer operations
985         are
986         <itemizedlist>
987           <listitem>
988             <synopsis>int (*create_handle)(struct drm_framebuffer *fb,
989                      struct drm_file *file_priv, unsigned int *handle);</synopsis>
990             <para>
991               Create a handle to the frame buffer underlying memory object. If
992               the frame buffer uses a multi-plane format, the handle will
993               reference the memory object associated with the first plane.
994             </para>
995             <para>
996               Drivers call <function>drm_gem_handle_create</function> to create
997               the handle.
998             </para>
999           </listitem>
1000           <listitem>
1001             <synopsis>void (*destroy)(struct drm_framebuffer *framebuffer);</synopsis>
1002             <para>
1003               Destroy the frame buffer object and frees all associated
1004               resources. Drivers must call
1005               <function>drm_framebuffer_cleanup</function> to free resources
1006               allocated by the DRM core for the frame buffer object, and must
1007               make sure to unreference all memory objects associated with the
1008               frame buffer. Handles created by the
1009               <methodname>create_handle</methodname> operation are released by
1010               the DRM core.
1011             </para>
1012           </listitem>
1013           <listitem>
1014             <synopsis>int (*dirty)(struct drm_framebuffer *framebuffer,
1015              struct drm_file *file_priv, unsigned flags, unsigned color,
1016              struct drm_clip_rect *clips, unsigned num_clips);</synopsis>
1017             <para>
1018               This optional operation notifies the driver that a region of the
1019               frame buffer has changed in response to a DRM_IOCTL_MODE_DIRTYFB
1020               ioctl call.
1021             </para>
1022           </listitem>
1023         </itemizedlist>
1024       </para>
1025       <para>
1026         The lifetime of a drm framebuffer is controlled with a reference count,
1027         drivers can grab additional references with
1028         <function>drm_framebuffer_reference</function> </para> and drop them
1029         again with <function>drm_framebuffer_unreference</function>. For
1030         driver-private framebuffers for which the last reference is never
1031         dropped (e.g. for the fbdev framebuffer when the struct
1032         <structname>drm_framebuffer</structname> is embedded into the fbdev
1033         helper struct) drivers can manually clean up a framebuffer at module
1034         unload time with
1035         <function>drm_framebuffer_unregister_private</function>.
1036     </sect2>
1037     <sect2>
1038       <title>Dumb Buffer Objects</title>
1039       <para>
1040         The KMS API doesn't standardize backing storage object creation and
1041         leaves it to driver-specific ioctls. Furthermore actually creating a
1042         buffer object even for GEM-based drivers is done through a
1043         driver-specific ioctl - GEM only has a common userspace interface for
1044         sharing and destroying objects. While not an issue for full-fledged
1045         graphics stacks that include device-specific userspace components (in
1046         libdrm for instance), this limit makes DRM-based early boot graphics
1047         unnecessarily complex.
1048       </para>
1049       <para>
1050         Dumb objects partly alleviate the problem by providing a standard
1051         API to create dumb buffers suitable for scanout, which can then be used
1052         to create KMS frame buffers.
1053       </para>
1054       <para>
1055         To support dumb objects drivers must implement the
1056         <methodname>dumb_create</methodname>,
1057         <methodname>dumb_destroy</methodname> and
1058         <methodname>dumb_map_offset</methodname> operations.
1059       </para>
1060       <itemizedlist>
1061         <listitem>
1062           <synopsis>int (*dumb_create)(struct drm_file *file_priv, struct drm_device *dev,
1063                    struct drm_mode_create_dumb *args);</synopsis>
1064           <para>
1065             The <methodname>dumb_create</methodname> operation creates a driver
1066             object (GEM or TTM handle) suitable for scanout based on the
1067             width, height and depth from the struct
1068             <structname>drm_mode_create_dumb</structname> argument. It fills the
1069             argument's <structfield>handle</structfield>,
1070             <structfield>pitch</structfield> and <structfield>size</structfield>
1071             fields with a handle for the newly created object and its line
1072             pitch and size in bytes.
1073           </para>
1074         </listitem>
1075         <listitem>
1076           <synopsis>int (*dumb_destroy)(struct drm_file *file_priv, struct drm_device *dev,
1077                     uint32_t handle);</synopsis>
1078           <para>
1079             The <methodname>dumb_destroy</methodname> operation destroys a dumb
1080             object created by <methodname>dumb_create</methodname>.
1081           </para>
1082         </listitem>
1083         <listitem>
1084           <synopsis>int (*dumb_map_offset)(struct drm_file *file_priv, struct drm_device *dev,
1085                        uint32_t handle, uint64_t *offset);</synopsis>
1086           <para>
1087             The <methodname>dumb_map_offset</methodname> operation associates an
1088             mmap fake offset with the object given by the handle and returns
1089             it. Drivers must use the
1090             <function>drm_gem_create_mmap_offset</function> function to
1091             associate the fake offset as described in
1092             <xref linkend="drm-gem-objects-mapping"/>.
1093           </para>
1094         </listitem>
1095       </itemizedlist>
1096       <para>
1097         Note that dumb objects may not be used for gpu acceleration, as has been
1098         attempted on some ARM embedded platforms. Such drivers really must have
1099         a hardware-specific ioctl to allocate suitable buffer objects.
1100       </para>
1101     </sect2>
1102     <sect2>
1103       <title>Output Polling</title>
1104       <synopsis>void (*output_poll_changed)(struct drm_device *dev);</synopsis>
1105       <para>
1106         This operation notifies the driver that the status of one or more
1107         connectors has changed. Drivers that use the fb helper can just call the
1108         <function>drm_fb_helper_hotplug_event</function> function to handle this
1109         operation.
1110       </para>
1111     </sect2>
1112     <sect2>
1113       <title>Locking</title>
1114       <para>
1115         Beside some lookup structures with their own locking (which is hidden
1116         behind the interface functions) most of the modeset state is protected
1117         by the <code>dev-&lt;mode_config.lock</code> mutex and additionally
1118         per-crtc locks to allow cursor updates, pageflips and similar operations
1119         to occur concurrently with background tasks like output detection.
1120         Operations which cross domains like a full modeset always grab all
1121         locks. Drivers there need to protect resources shared between crtcs with
1122         additional locking. They also need to be careful to always grab the
1123         relevant crtc locks if a modset functions touches crtc state, e.g. for
1124         load detection (which does only grab the <code>mode_config.lock</code>
1125         to allow concurrent screen updates on live crtcs).
1126       </para>
1127     </sect2>
1128   </sect1>
1129
1130   <!-- Internals: kms initialization and cleanup -->
1131
1132   <sect1 id="drm-kms-init">
1133     <title>KMS Initialization and Cleanup</title>
1134     <para>
1135       A KMS device is abstracted and exposed as a set of planes, CRTCs, encoders
1136       and connectors. KMS drivers must thus create and initialize all those
1137       objects at load time after initializing mode setting.
1138     </para>
1139     <sect2>
1140       <title>CRTCs (struct <structname>drm_crtc</structname>)</title>
1141       <para>
1142         A CRTC is an abstraction representing a part of the chip that contains a
1143         pointer to a scanout buffer. Therefore, the number of CRTCs available
1144         determines how many independent scanout buffers can be active at any
1145         given time. The CRTC structure contains several fields to support this:
1146         a pointer to some video memory (abstracted as a frame buffer object), a
1147         display mode, and an (x, y) offset into the video memory to support
1148         panning or configurations where one piece of video memory spans multiple
1149         CRTCs.
1150       </para>
1151       <sect3>
1152         <title>CRTC Initialization</title>
1153         <para>
1154           A KMS device must create and register at least one struct
1155           <structname>drm_crtc</structname> instance. The instance is allocated
1156           and zeroed by the driver, possibly as part of a larger structure, and
1157           registered with a call to <function>drm_crtc_init</function> with a
1158           pointer to CRTC functions.
1159         </para>
1160       </sect3>
1161       <sect3>
1162         <title>CRTC Operations</title>
1163         <sect4>
1164           <title>Set Configuration</title>
1165           <synopsis>int (*set_config)(struct drm_mode_set *set);</synopsis>
1166           <para>
1167             Apply a new CRTC configuration to the device. The configuration
1168             specifies a CRTC, a frame buffer to scan out from, a (x,y) position in
1169             the frame buffer, a display mode and an array of connectors to drive
1170             with the CRTC if possible.
1171           </para>
1172           <para>
1173             If the frame buffer specified in the configuration is NULL, the driver
1174             must detach all encoders connected to the CRTC and all connectors
1175             attached to those encoders and disable them.
1176           </para>
1177           <para>
1178             This operation is called with the mode config lock held.
1179           </para>
1180           <note><para>
1181             Note that the drm core has no notion of restoring the mode setting
1182             state after resume, since all resume handling is in the full
1183             responsibility of the driver. The common mode setting helper library
1184             though provides a helper which can be used for this:
1185             <function>drm_helper_resume_force_mode</function>.
1186           </para></note>
1187         </sect4>
1188         <sect4>
1189           <title>Page Flipping</title>
1190           <synopsis>int (*page_flip)(struct drm_crtc *crtc, struct drm_framebuffer *fb,
1191                    struct drm_pending_vblank_event *event);</synopsis>
1192           <para>
1193             Schedule a page flip to the given frame buffer for the CRTC. This
1194             operation is called with the mode config mutex held.
1195           </para>
1196           <para>
1197             Page flipping is a synchronization mechanism that replaces the frame
1198             buffer being scanned out by the CRTC with a new frame buffer during
1199             vertical blanking, avoiding tearing. When an application requests a page
1200             flip the DRM core verifies that the new frame buffer is large enough to
1201             be scanned out by  the CRTC in the currently configured mode and then
1202             calls the CRTC <methodname>page_flip</methodname> operation with a
1203             pointer to the new frame buffer.
1204           </para>
1205           <para>
1206             The <methodname>page_flip</methodname> operation schedules a page flip.
1207             Once any pending rendering targeting the new frame buffer has
1208             completed, the CRTC will be reprogrammed to display that frame buffer
1209             after the next vertical refresh. The operation must return immediately
1210             without waiting for rendering or page flip to complete and must block
1211             any new rendering to the frame buffer until the page flip completes.
1212           </para>
1213           <para>
1214             If a page flip can be successfully scheduled the driver must set the
1215             <code>drm_crtc-&lt;fb</code> field to the new framebuffer pointed to
1216             by <code>fb</code>. This is important so that the reference counting
1217             on framebuffers stays balanced.
1218           </para>
1219           <para>
1220             If a page flip is already pending, the
1221             <methodname>page_flip</methodname> operation must return
1222             -<errorname>EBUSY</errorname>.
1223           </para>
1224           <para>
1225             To synchronize page flip to vertical blanking the driver will likely
1226             need to enable vertical blanking interrupts. It should call
1227             <function>drm_vblank_get</function> for that purpose, and call
1228             <function>drm_vblank_put</function> after the page flip completes.
1229           </para>
1230           <para>
1231             If the application has requested to be notified when page flip completes
1232             the <methodname>page_flip</methodname> operation will be called with a
1233             non-NULL <parameter>event</parameter> argument pointing to a
1234             <structname>drm_pending_vblank_event</structname> instance. Upon page
1235             flip completion the driver must call <methodname>drm_send_vblank_event</methodname>
1236             to fill in the event and send to wake up any waiting processes.
1237             This can be performed with
1238             <programlisting><![CDATA[
1239             spin_lock_irqsave(&dev->event_lock, flags);
1240             ...
1241             drm_send_vblank_event(dev, pipe, event);
1242             spin_unlock_irqrestore(&dev->event_lock, flags);
1243             ]]></programlisting>
1244           </para>
1245           <note><para>
1246             FIXME: Could drivers that don't need to wait for rendering to complete
1247             just add the event to <literal>dev-&gt;vblank_event_list</literal> and
1248             let the DRM core handle everything, as for "normal" vertical blanking
1249             events?
1250           </para></note>
1251           <para>
1252             While waiting for the page flip to complete, the
1253             <literal>event-&gt;base.link</literal> list head can be used freely by
1254             the driver to store the pending event in a driver-specific list.
1255           </para>
1256           <para>
1257             If the file handle is closed before the event is signaled, drivers must
1258             take care to destroy the event in their
1259             <methodname>preclose</methodname> operation (and, if needed, call
1260             <function>drm_vblank_put</function>).
1261           </para>
1262         </sect4>
1263         <sect4>
1264           <title>Miscellaneous</title>
1265           <itemizedlist>
1266             <listitem>
1267               <synopsis>void (*set_property)(struct drm_crtc *crtc,
1268                      struct drm_property *property, uint64_t value);</synopsis>
1269               <para>
1270                 Set the value of the given CRTC property to
1271                 <parameter>value</parameter>. See <xref linkend="drm-kms-properties"/>
1272                 for more information about properties.
1273               </para>
1274             </listitem>
1275             <listitem>
1276               <synopsis>void (*gamma_set)(struct drm_crtc *crtc, u16 *r, u16 *g, u16 *b,
1277                         uint32_t start, uint32_t size);</synopsis>
1278               <para>
1279                 Apply a gamma table to the device. The operation is optional.
1280               </para>
1281             </listitem>
1282             <listitem>
1283               <synopsis>void (*destroy)(struct drm_crtc *crtc);</synopsis>
1284               <para>
1285                 Destroy the CRTC when not needed anymore. See
1286                 <xref linkend="drm-kms-init"/>.
1287               </para>
1288             </listitem>
1289           </itemizedlist>
1290         </sect4>
1291       </sect3>
1292     </sect2>
1293     <sect2>
1294       <title>Planes (struct <structname>drm_plane</structname>)</title>
1295       <para>
1296         A plane represents an image source that can be blended with or overlayed
1297         on top of a CRTC during the scanout process. Planes are associated with
1298         a frame buffer to crop a portion of the image memory (source) and
1299         optionally scale it to a destination size. The result is then blended
1300         with or overlayed on top of a CRTC.
1301       </para>
1302       <sect3>
1303         <title>Plane Initialization</title>
1304         <para>
1305           Planes are optional. To create a plane, a KMS drivers allocates and
1306           zeroes an instances of struct <structname>drm_plane</structname>
1307           (possibly as part of a larger structure) and registers it with a call
1308           to <function>drm_plane_init</function>. The function takes a bitmask
1309           of the CRTCs that can be associated with the plane, a pointer to the
1310           plane functions and a list of format supported formats.
1311         </para>
1312       </sect3>
1313       <sect3>
1314         <title>Plane Operations</title>
1315         <itemizedlist>
1316           <listitem>
1317             <synopsis>int (*update_plane)(struct drm_plane *plane, struct drm_crtc *crtc,
1318                         struct drm_framebuffer *fb, int crtc_x, int crtc_y,
1319                         unsigned int crtc_w, unsigned int crtc_h,
1320                         uint32_t src_x, uint32_t src_y,
1321                         uint32_t src_w, uint32_t src_h);</synopsis>
1322             <para>
1323               Enable and configure the plane to use the given CRTC and frame buffer.
1324             </para>
1325             <para>
1326               The source rectangle in frame buffer memory coordinates is given by
1327               the <parameter>src_x</parameter>, <parameter>src_y</parameter>,
1328               <parameter>src_w</parameter> and <parameter>src_h</parameter>
1329               parameters (as 16.16 fixed point values). Devices that don't support
1330               subpixel plane coordinates can ignore the fractional part.
1331             </para>
1332             <para>
1333               The destination rectangle in CRTC coordinates is given by the
1334               <parameter>crtc_x</parameter>, <parameter>crtc_y</parameter>,
1335               <parameter>crtc_w</parameter> and <parameter>crtc_h</parameter>
1336               parameters (as integer values). Devices scale the source rectangle to
1337               the destination rectangle. If scaling is not supported, and the source
1338               rectangle size doesn't match the destination rectangle size, the
1339               driver must return a -<errorname>EINVAL</errorname> error.
1340             </para>
1341           </listitem>
1342           <listitem>
1343             <synopsis>int (*disable_plane)(struct drm_plane *plane);</synopsis>
1344             <para>
1345               Disable the plane. The DRM core calls this method in response to a
1346               DRM_IOCTL_MODE_SETPLANE ioctl call with the frame buffer ID set to 0.
1347               Disabled planes must not be processed by the CRTC.
1348             </para>
1349           </listitem>
1350           <listitem>
1351             <synopsis>void (*destroy)(struct drm_plane *plane);</synopsis>
1352             <para>
1353               Destroy the plane when not needed anymore. See
1354               <xref linkend="drm-kms-init"/>.
1355             </para>
1356           </listitem>
1357         </itemizedlist>
1358       </sect3>
1359     </sect2>
1360     <sect2>
1361       <title>Encoders (struct <structname>drm_encoder</structname>)</title>
1362       <para>
1363         An encoder takes pixel data from a CRTC and converts it to a format
1364         suitable for any attached connectors. On some devices, it may be
1365         possible to have a CRTC send data to more than one encoder. In that
1366         case, both encoders would receive data from the same scanout buffer,
1367         resulting in a "cloned" display configuration across the connectors
1368         attached to each encoder.
1369       </para>
1370       <sect3>
1371         <title>Encoder Initialization</title>
1372         <para>
1373           As for CRTCs, a KMS driver must create, initialize and register at
1374           least one struct <structname>drm_encoder</structname> instance. The
1375           instance is allocated and zeroed by the driver, possibly as part of a
1376           larger structure.
1377         </para>
1378         <para>
1379           Drivers must initialize the struct <structname>drm_encoder</structname>
1380           <structfield>possible_crtcs</structfield> and
1381           <structfield>possible_clones</structfield> fields before registering the
1382           encoder. Both fields are bitmasks of respectively the CRTCs that the
1383           encoder can be connected to, and sibling encoders candidate for cloning.
1384         </para>
1385         <para>
1386           After being initialized, the encoder must be registered with a call to
1387           <function>drm_encoder_init</function>. The function takes a pointer to
1388           the encoder functions and an encoder type. Supported types are
1389           <itemizedlist>
1390             <listitem>
1391               DRM_MODE_ENCODER_DAC for VGA and analog on DVI-I/DVI-A
1392               </listitem>
1393             <listitem>
1394               DRM_MODE_ENCODER_TMDS for DVI, HDMI and (embedded) DisplayPort
1395             </listitem>
1396             <listitem>
1397               DRM_MODE_ENCODER_LVDS for display panels
1398             </listitem>
1399             <listitem>
1400               DRM_MODE_ENCODER_TVDAC for TV output (Composite, S-Video, Component,
1401               SCART)
1402             </listitem>
1403             <listitem>
1404               DRM_MODE_ENCODER_VIRTUAL for virtual machine displays
1405             </listitem>
1406           </itemizedlist>
1407         </para>
1408         <para>
1409           Encoders must be attached to a CRTC to be used. DRM drivers leave
1410           encoders unattached at initialization time. Applications (or the fbdev
1411           compatibility layer when implemented) are responsible for attaching the
1412           encoders they want to use to a CRTC.
1413         </para>
1414       </sect3>
1415       <sect3>
1416         <title>Encoder Operations</title>
1417         <itemizedlist>
1418           <listitem>
1419             <synopsis>void (*destroy)(struct drm_encoder *encoder);</synopsis>
1420             <para>
1421               Called to destroy the encoder when not needed anymore. See
1422               <xref linkend="drm-kms-init"/>.
1423             </para>
1424           </listitem>
1425           <listitem>
1426             <synopsis>void (*set_property)(struct drm_plane *plane,
1427                      struct drm_property *property, uint64_t value);</synopsis>
1428             <para>
1429               Set the value of the given plane property to
1430               <parameter>value</parameter>. See <xref linkend="drm-kms-properties"/>
1431               for more information about properties.
1432             </para>
1433           </listitem>
1434         </itemizedlist>
1435       </sect3>
1436     </sect2>
1437     <sect2>
1438       <title>Connectors (struct <structname>drm_connector</structname>)</title>
1439       <para>
1440         A connector is the final destination for pixel data on a device, and
1441         usually connects directly to an external display device like a monitor
1442         or laptop panel. A connector can only be attached to one encoder at a
1443         time. The connector is also the structure where information about the
1444         attached display is kept, so it contains fields for display data, EDID
1445         data, DPMS &amp; connection status, and information about modes
1446         supported on the attached displays.
1447       </para>
1448       <sect3>
1449         <title>Connector Initialization</title>
1450         <para>
1451           Finally a KMS driver must create, initialize, register and attach at
1452           least one struct <structname>drm_connector</structname> instance. The
1453           instance is created as other KMS objects and initialized by setting the
1454           following fields.
1455         </para>
1456         <variablelist>
1457           <varlistentry>
1458             <term><structfield>interlace_allowed</structfield></term>
1459             <listitem><para>
1460               Whether the connector can handle interlaced modes.
1461             </para></listitem>
1462           </varlistentry>
1463           <varlistentry>
1464             <term><structfield>doublescan_allowed</structfield></term>
1465             <listitem><para>
1466               Whether the connector can handle doublescan.
1467             </para></listitem>
1468           </varlistentry>
1469           <varlistentry>
1470             <term><structfield>display_info
1471             </structfield></term>
1472             <listitem><para>
1473               Display information is filled from EDID information when a display
1474               is detected. For non hot-pluggable displays such as flat panels in
1475               embedded systems, the driver should initialize the
1476               <structfield>display_info</structfield>.<structfield>width_mm</structfield>
1477               and
1478               <structfield>display_info</structfield>.<structfield>height_mm</structfield>
1479               fields with the physical size of the display.
1480             </para></listitem>
1481           </varlistentry>
1482           <varlistentry>
1483             <term id="drm-kms-connector-polled"><structfield>polled</structfield></term>
1484             <listitem><para>
1485               Connector polling mode, a combination of
1486               <variablelist>
1487                 <varlistentry>
1488                   <term>DRM_CONNECTOR_POLL_HPD</term>
1489                   <listitem><para>
1490                     The connector generates hotplug events and doesn't need to be
1491                     periodically polled. The CONNECT and DISCONNECT flags must not
1492                     be set together with the HPD flag.
1493                   </para></listitem>
1494                 </varlistentry>
1495                 <varlistentry>
1496                   <term>DRM_CONNECTOR_POLL_CONNECT</term>
1497                   <listitem><para>
1498                     Periodically poll the connector for connection.
1499                   </para></listitem>
1500                 </varlistentry>
1501                 <varlistentry>
1502                   <term>DRM_CONNECTOR_POLL_DISCONNECT</term>
1503                   <listitem><para>
1504                     Periodically poll the connector for disconnection.
1505                   </para></listitem>
1506                 </varlistentry>
1507               </variablelist>
1508               Set to 0 for connectors that don't support connection status
1509               discovery.
1510             </para></listitem>
1511           </varlistentry>
1512         </variablelist>
1513         <para>
1514           The connector is then registered with a call to
1515           <function>drm_connector_init</function> with a pointer to the connector
1516           functions and a connector type, and exposed through sysfs with a call to
1517           <function>drm_sysfs_connector_add</function>.
1518         </para>
1519         <para>
1520           Supported connector types are
1521           <itemizedlist>
1522             <listitem>DRM_MODE_CONNECTOR_VGA</listitem>
1523             <listitem>DRM_MODE_CONNECTOR_DVII</listitem>
1524             <listitem>DRM_MODE_CONNECTOR_DVID</listitem>
1525             <listitem>DRM_MODE_CONNECTOR_DVIA</listitem>
1526             <listitem>DRM_MODE_CONNECTOR_Composite</listitem>
1527             <listitem>DRM_MODE_CONNECTOR_SVIDEO</listitem>
1528             <listitem>DRM_MODE_CONNECTOR_LVDS</listitem>
1529             <listitem>DRM_MODE_CONNECTOR_Component</listitem>
1530             <listitem>DRM_MODE_CONNECTOR_9PinDIN</listitem>
1531             <listitem>DRM_MODE_CONNECTOR_DisplayPort</listitem>
1532             <listitem>DRM_MODE_CONNECTOR_HDMIA</listitem>
1533             <listitem>DRM_MODE_CONNECTOR_HDMIB</listitem>
1534             <listitem>DRM_MODE_CONNECTOR_TV</listitem>
1535             <listitem>DRM_MODE_CONNECTOR_eDP</listitem>
1536             <listitem>DRM_MODE_CONNECTOR_VIRTUAL</listitem>
1537           </itemizedlist>
1538         </para>
1539         <para>
1540           Connectors must be attached to an encoder to be used. For devices that
1541           map connectors to encoders 1:1, the connector should be attached at
1542           initialization time with a call to
1543           <function>drm_mode_connector_attach_encoder</function>. The driver must
1544           also set the <structname>drm_connector</structname>
1545           <structfield>encoder</structfield> field to point to the attached
1546           encoder.
1547         </para>
1548         <para>
1549           Finally, drivers must initialize the connectors state change detection
1550           with a call to <function>drm_kms_helper_poll_init</function>. If at
1551           least one connector is pollable but can't generate hotplug interrupts
1552           (indicated by the DRM_CONNECTOR_POLL_CONNECT and
1553           DRM_CONNECTOR_POLL_DISCONNECT connector flags), a delayed work will
1554           automatically be queued to periodically poll for changes. Connectors
1555           that can generate hotplug interrupts must be marked with the
1556           DRM_CONNECTOR_POLL_HPD flag instead, and their interrupt handler must
1557           call <function>drm_helper_hpd_irq_event</function>. The function will
1558           queue a delayed work to check the state of all connectors, but no
1559           periodic polling will be done.
1560         </para>
1561       </sect3>
1562       <sect3>
1563         <title>Connector Operations</title>
1564         <note><para>
1565           Unless otherwise state, all operations are mandatory.
1566         </para></note>
1567         <sect4>
1568           <title>DPMS</title>
1569           <synopsis>void (*dpms)(struct drm_connector *connector, int mode);</synopsis>
1570           <para>
1571             The DPMS operation sets the power state of a connector. The mode
1572             argument is one of
1573             <itemizedlist>
1574               <listitem><para>DRM_MODE_DPMS_ON</para></listitem>
1575               <listitem><para>DRM_MODE_DPMS_STANDBY</para></listitem>
1576               <listitem><para>DRM_MODE_DPMS_SUSPEND</para></listitem>
1577               <listitem><para>DRM_MODE_DPMS_OFF</para></listitem>
1578             </itemizedlist>
1579           </para>
1580           <para>
1581             In all but DPMS_ON mode the encoder to which the connector is attached
1582             should put the display in low-power mode by driving its signals
1583             appropriately. If more than one connector is attached to the encoder
1584             care should be taken not to change the power state of other displays as
1585             a side effect. Low-power mode should be propagated to the encoders and
1586             CRTCs when all related connectors are put in low-power mode.
1587           </para>
1588         </sect4>
1589         <sect4>
1590           <title>Modes</title>
1591           <synopsis>int (*fill_modes)(struct drm_connector *connector, uint32_t max_width,
1592                       uint32_t max_height);</synopsis>
1593           <para>
1594             Fill the mode list with all supported modes for the connector. If the
1595             <parameter>max_width</parameter> and <parameter>max_height</parameter>
1596             arguments are non-zero, the implementation must ignore all modes wider
1597             than <parameter>max_width</parameter> or higher than
1598             <parameter>max_height</parameter>.
1599           </para>
1600           <para>
1601             The connector must also fill in this operation its
1602             <structfield>display_info</structfield>
1603             <structfield>width_mm</structfield> and
1604             <structfield>height_mm</structfield> fields with the connected display
1605             physical size in millimeters. The fields should be set to 0 if the value
1606             isn't known or is not applicable (for instance for projector devices).
1607           </para>
1608         </sect4>
1609         <sect4>
1610           <title>Connection Status</title>
1611           <para>
1612             The connection status is updated through polling or hotplug events when
1613             supported (see <xref linkend="drm-kms-connector-polled"/>). The status
1614             value is reported to userspace through ioctls and must not be used
1615             inside the driver, as it only gets initialized by a call to
1616             <function>drm_mode_getconnector</function> from userspace.
1617           </para>
1618           <synopsis>enum drm_connector_status (*detect)(struct drm_connector *connector,
1619                                         bool force);</synopsis>
1620           <para>
1621             Check to see if anything is attached to the connector. The
1622             <parameter>force</parameter> parameter is set to false whilst polling or
1623             to true when checking the connector due to user request.
1624             <parameter>force</parameter> can be used by the driver to avoid
1625             expensive, destructive operations during automated probing.
1626           </para>
1627           <para>
1628             Return connector_status_connected if something is connected to the
1629             connector, connector_status_disconnected if nothing is connected and
1630             connector_status_unknown if the connection state isn't known.
1631           </para>
1632           <para>
1633             Drivers should only return connector_status_connected if the connection
1634             status has really been probed as connected. Connectors that can't detect
1635             the connection status, or failed connection status probes, should return
1636             connector_status_unknown.
1637           </para>
1638         </sect4>
1639         <sect4>
1640           <title>Miscellaneous</title>
1641           <itemizedlist>
1642             <listitem>
1643               <synopsis>void (*set_property)(struct drm_connector *connector,
1644                      struct drm_property *property, uint64_t value);</synopsis>
1645               <para>
1646                 Set the value of the given connector property to
1647                 <parameter>value</parameter>. See <xref linkend="drm-kms-properties"/>
1648                 for more information about properties.
1649               </para>
1650             </listitem>
1651             <listitem>
1652               <synopsis>void (*destroy)(struct drm_connector *connector);</synopsis>
1653               <para>
1654                 Destroy the connector when not needed anymore. See
1655                 <xref linkend="drm-kms-init"/>.
1656               </para>
1657             </listitem>
1658           </itemizedlist>
1659         </sect4>
1660       </sect3>
1661     </sect2>
1662     <sect2>
1663       <title>Cleanup</title>
1664       <para>
1665         The DRM core manages its objects' lifetime. When an object is not needed
1666         anymore the core calls its destroy function, which must clean up and
1667         free every resource allocated for the object. Every
1668         <function>drm_*_init</function> call must be matched with a
1669         corresponding <function>drm_*_cleanup</function> call to cleanup CRTCs
1670         (<function>drm_crtc_cleanup</function>), planes
1671         (<function>drm_plane_cleanup</function>), encoders
1672         (<function>drm_encoder_cleanup</function>) and connectors
1673         (<function>drm_connector_cleanup</function>). Furthermore, connectors
1674         that have been added to sysfs must be removed by a call to
1675         <function>drm_sysfs_connector_remove</function> before calling
1676         <function>drm_connector_cleanup</function>.
1677       </para>
1678       <para>
1679         Connectors state change detection must be cleanup up with a call to
1680         <function>drm_kms_helper_poll_fini</function>.
1681       </para>
1682     </sect2>
1683     <sect2>
1684       <title>Output discovery and initialization example</title>
1685       <programlisting><![CDATA[
1686 void intel_crt_init(struct drm_device *dev)
1687 {
1688         struct drm_connector *connector;
1689         struct intel_output *intel_output;
1690
1691         intel_output = kzalloc(sizeof(struct intel_output), GFP_KERNEL);
1692         if (!intel_output)
1693                 return;
1694
1695         connector = &intel_output->base;
1696         drm_connector_init(dev, &intel_output->base,
1697                            &intel_crt_connector_funcs, DRM_MODE_CONNECTOR_VGA);
1698
1699         drm_encoder_init(dev, &intel_output->enc, &intel_crt_enc_funcs,
1700                          DRM_MODE_ENCODER_DAC);
1701
1702         drm_mode_connector_attach_encoder(&intel_output->base,
1703                                           &intel_output->enc);
1704
1705         /* Set up the DDC bus. */
1706         intel_output->ddc_bus = intel_i2c_create(dev, GPIOA, "CRTDDC_A");
1707         if (!intel_output->ddc_bus) {
1708                 dev_printk(KERN_ERR, &dev->pdev->dev, "DDC bus registration "
1709                            "failed.\n");
1710                 return;
1711         }
1712
1713         intel_output->type = INTEL_OUTPUT_ANALOG;
1714         connector->interlace_allowed = 0;
1715         connector->doublescan_allowed = 0;
1716
1717         drm_encoder_helper_add(&intel_output->enc, &intel_crt_helper_funcs);
1718         drm_connector_helper_add(connector, &intel_crt_connector_helper_funcs);
1719
1720         drm_sysfs_connector_add(connector);
1721 }]]></programlisting>
1722       <para>
1723         In the example above (taken from the i915 driver), a CRTC, connector and
1724         encoder combination is created. A device-specific i2c bus is also
1725         created for fetching EDID data and performing monitor detection. Once
1726         the process is complete, the new connector is registered with sysfs to
1727         make its properties available to applications.
1728       </para>
1729     </sect2>
1730     <sect2>
1731       <title>KMS API Functions</title>
1732 !Edrivers/gpu/drm/drm_crtc.c
1733     </sect2>
1734   </sect1>
1735
1736   <!-- Internals: kms helper functions -->
1737
1738   <sect1>
1739     <title>Mode Setting Helper Functions</title>
1740     <para>
1741       The CRTC, encoder and connector functions provided by the drivers
1742       implement the DRM API. They're called by the DRM core and ioctl handlers
1743       to handle device state changes and configuration request. As implementing
1744       those functions often requires logic not specific to drivers, mid-layer
1745       helper functions are available to avoid duplicating boilerplate code.
1746     </para>
1747     <para>
1748       The DRM core contains one mid-layer implementation. The mid-layer provides
1749       implementations of several CRTC, encoder and connector functions (called
1750       from the top of the mid-layer) that pre-process requests and call
1751       lower-level functions provided by the driver (at the bottom of the
1752       mid-layer). For instance, the
1753       <function>drm_crtc_helper_set_config</function> function can be used to
1754       fill the struct <structname>drm_crtc_funcs</structname>
1755       <structfield>set_config</structfield> field. When called, it will split
1756       the <methodname>set_config</methodname> operation in smaller, simpler
1757       operations and call the driver to handle them.
1758     </para>
1759     <para>
1760       To use the mid-layer, drivers call <function>drm_crtc_helper_add</function>,
1761       <function>drm_encoder_helper_add</function> and
1762       <function>drm_connector_helper_add</function> functions to install their
1763       mid-layer bottom operations handlers, and fill the
1764       <structname>drm_crtc_funcs</structname>,
1765       <structname>drm_encoder_funcs</structname> and
1766       <structname>drm_connector_funcs</structname> structures with pointers to
1767       the mid-layer top API functions. Installing the mid-layer bottom operation
1768       handlers is best done right after registering the corresponding KMS object.
1769     </para>
1770     <para>
1771       The mid-layer is not split between CRTC, encoder and connector operations.
1772       To use it, a driver must provide bottom functions for all of the three KMS
1773       entities.
1774     </para>
1775     <sect2>
1776       <title>Helper Functions</title>
1777       <itemizedlist>
1778         <listitem>
1779           <synopsis>int drm_crtc_helper_set_config(struct drm_mode_set *set);</synopsis>
1780           <para>
1781             The <function>drm_crtc_helper_set_config</function> helper function
1782             is a CRTC <methodname>set_config</methodname> implementation. It
1783             first tries to locate the best encoder for each connector by calling
1784             the connector <methodname>best_encoder</methodname> helper
1785             operation.
1786           </para>
1787           <para>
1788             After locating the appropriate encoders, the helper function will
1789             call the <methodname>mode_fixup</methodname> encoder and CRTC helper
1790             operations to adjust the requested mode, or reject it completely in
1791             which case an error will be returned to the application. If the new
1792             configuration after mode adjustment is identical to the current
1793             configuration the helper function will return without performing any
1794             other operation.
1795           </para>
1796           <para>
1797             If the adjusted mode is identical to the current mode but changes to
1798             the frame buffer need to be applied, the
1799             <function>drm_crtc_helper_set_config</function> function will call
1800             the CRTC <methodname>mode_set_base</methodname> helper operation. If
1801             the adjusted mode differs from the current mode, or if the
1802             <methodname>mode_set_base</methodname> helper operation is not
1803             provided, the helper function performs a full mode set sequence by
1804             calling the <methodname>prepare</methodname>,
1805             <methodname>mode_set</methodname> and
1806             <methodname>commit</methodname> CRTC and encoder helper operations,
1807             in that order.
1808           </para>
1809         </listitem>
1810         <listitem>
1811           <synopsis>void drm_helper_connector_dpms(struct drm_connector *connector, int mode);</synopsis>
1812           <para>
1813             The <function>drm_helper_connector_dpms</function> helper function
1814             is a connector <methodname>dpms</methodname> implementation that
1815             tracks power state of connectors. To use the function, drivers must
1816             provide <methodname>dpms</methodname> helper operations for CRTCs
1817             and encoders to apply the DPMS state to the device.
1818           </para>
1819           <para>
1820             The mid-layer doesn't track the power state of CRTCs and encoders.
1821             The <methodname>dpms</methodname> helper operations can thus be
1822             called with a mode identical to the currently active mode.
1823           </para>
1824         </listitem>
1825         <listitem>
1826           <synopsis>int drm_helper_probe_single_connector_modes(struct drm_connector *connector,
1827                                             uint32_t maxX, uint32_t maxY);</synopsis>
1828           <para>
1829             The <function>drm_helper_probe_single_connector_modes</function> helper
1830             function is a connector <methodname>fill_modes</methodname>
1831             implementation that updates the connection status for the connector
1832             and then retrieves a list of modes by calling the connector
1833             <methodname>get_modes</methodname> helper operation.
1834           </para>
1835           <para>
1836             The function filters out modes larger than
1837             <parameter>max_width</parameter> and <parameter>max_height</parameter>
1838             if specified. It then calls the connector
1839             <methodname>mode_valid</methodname> helper operation for  each mode in
1840             the probed list to check whether the mode is valid for the connector.
1841           </para>
1842         </listitem>
1843       </itemizedlist>
1844     </sect2>
1845     <sect2>
1846       <title>CRTC Helper Operations</title>
1847       <itemizedlist>
1848         <listitem id="drm-helper-crtc-mode-fixup">
1849           <synopsis>bool (*mode_fixup)(struct drm_crtc *crtc,
1850                        const struct drm_display_mode *mode,
1851                        struct drm_display_mode *adjusted_mode);</synopsis>
1852           <para>
1853             Let CRTCs adjust the requested mode or reject it completely. This
1854             operation returns true if the mode is accepted (possibly after being
1855             adjusted) or false if it is rejected.
1856           </para>
1857           <para>
1858             The <methodname>mode_fixup</methodname> operation should reject the
1859             mode if it can't reasonably use it. The definition of "reasonable"
1860             is currently fuzzy in this context. One possible behaviour would be
1861             to set the adjusted mode to the panel timings when a fixed-mode
1862             panel is used with hardware capable of scaling. Another behaviour
1863             would be to accept any input mode and adjust it to the closest mode
1864             supported by the hardware (FIXME: This needs to be clarified).
1865           </para>
1866         </listitem>
1867         <listitem>
1868           <synopsis>int (*mode_set_base)(struct drm_crtc *crtc, int x, int y,
1869                      struct drm_framebuffer *old_fb)</synopsis>
1870           <para>
1871             Move the CRTC on the current frame buffer (stored in
1872             <literal>crtc-&gt;fb</literal>) to position (x,y). Any of the frame
1873             buffer, x position or y position may have been modified.
1874           </para>
1875           <para>
1876             This helper operation is optional. If not provided, the
1877             <function>drm_crtc_helper_set_config</function> function will fall
1878             back to the <methodname>mode_set</methodname> helper operation.
1879           </para>
1880           <note><para>
1881             FIXME: Why are x and y passed as arguments, as they can be accessed
1882             through <literal>crtc-&gt;x</literal> and
1883             <literal>crtc-&gt;y</literal>?
1884           </para></note>
1885         </listitem>
1886         <listitem>
1887           <synopsis>void (*prepare)(struct drm_crtc *crtc);</synopsis>
1888           <para>
1889             Prepare the CRTC for mode setting. This operation is called after
1890             validating the requested mode. Drivers use it to perform
1891             device-specific operations required before setting the new mode.
1892           </para>
1893         </listitem>
1894         <listitem>
1895           <synopsis>int (*mode_set)(struct drm_crtc *crtc, struct drm_display_mode *mode,
1896                 struct drm_display_mode *adjusted_mode, int x, int y,
1897                 struct drm_framebuffer *old_fb);</synopsis>
1898           <para>
1899             Set a new mode, position and frame buffer. Depending on the device
1900             requirements, the mode can be stored internally by the driver and
1901             applied in the <methodname>commit</methodname> operation, or
1902             programmed to the hardware immediately.
1903           </para>
1904           <para>
1905             The <methodname>mode_set</methodname> operation returns 0 on success
1906             or a negative error code if an error occurs.
1907           </para>
1908         </listitem>
1909         <listitem>
1910           <synopsis>void (*commit)(struct drm_crtc *crtc);</synopsis>
1911           <para>
1912             Commit a mode. This operation is called after setting the new mode.
1913             Upon return the device must use the new mode and be fully
1914             operational.
1915           </para>
1916         </listitem>
1917       </itemizedlist>
1918     </sect2>
1919     <sect2>
1920       <title>Encoder Helper Operations</title>
1921       <itemizedlist>
1922         <listitem>
1923           <synopsis>bool (*mode_fixup)(struct drm_encoder *encoder,
1924                        const struct drm_display_mode *mode,
1925                        struct drm_display_mode *adjusted_mode);</synopsis>
1926           <para>
1927             Let encoders adjust the requested mode or reject it completely. This
1928             operation returns true if the mode is accepted (possibly after being
1929             adjusted) or false if it is rejected. See the
1930             <link linkend="drm-helper-crtc-mode-fixup">mode_fixup CRTC helper
1931             operation</link> for an explanation of the allowed adjustments.
1932           </para>
1933         </listitem>
1934         <listitem>
1935           <synopsis>void (*prepare)(struct drm_encoder *encoder);</synopsis>
1936           <para>
1937             Prepare the encoder for mode setting. This operation is called after
1938             validating the requested mode. Drivers use it to perform
1939             device-specific operations required before setting the new mode.
1940           </para>
1941         </listitem>
1942         <listitem>
1943           <synopsis>void (*mode_set)(struct drm_encoder *encoder,
1944                  struct drm_display_mode *mode,
1945                  struct drm_display_mode *adjusted_mode);</synopsis>
1946           <para>
1947             Set a new mode. Depending on the device requirements, the mode can
1948             be stored internally by the driver and applied in the
1949             <methodname>commit</methodname> operation, or programmed to the
1950             hardware immediately.
1951           </para>
1952         </listitem>
1953         <listitem>
1954           <synopsis>void (*commit)(struct drm_encoder *encoder);</synopsis>
1955           <para>
1956             Commit a mode. This operation is called after setting the new mode.
1957             Upon return the device must use the new mode and be fully
1958             operational.
1959           </para>
1960         </listitem>
1961       </itemizedlist>
1962     </sect2>
1963     <sect2>
1964       <title>Connector Helper Operations</title>
1965       <itemizedlist>
1966         <listitem>
1967           <synopsis>struct drm_encoder *(*best_encoder)(struct drm_connector *connector);</synopsis>
1968           <para>
1969             Return a pointer to the best encoder for the connecter. Device that
1970             map connectors to encoders 1:1 simply return the pointer to the
1971             associated encoder. This operation is mandatory.
1972           </para>
1973         </listitem>
1974         <listitem>
1975           <synopsis>int (*get_modes)(struct drm_connector *connector);</synopsis>
1976           <para>
1977             Fill the connector's <structfield>probed_modes</structfield> list
1978             by parsing EDID data with <function>drm_add_edid_modes</function> or
1979             calling <function>drm_mode_probed_add</function> directly for every
1980             supported mode and return the number of modes it has detected. This
1981             operation is mandatory.
1982           </para>
1983           <para>
1984             When adding modes manually the driver creates each mode with a call to
1985             <function>drm_mode_create</function> and must fill the following fields.
1986             <itemizedlist>
1987               <listitem>
1988                 <synopsis>__u32 type;</synopsis>
1989                 <para>
1990                   Mode type bitmask, a combination of
1991                   <variablelist>
1992                     <varlistentry>
1993                       <term>DRM_MODE_TYPE_BUILTIN</term>
1994                       <listitem><para>not used?</para></listitem>
1995                     </varlistentry>
1996                     <varlistentry>
1997                       <term>DRM_MODE_TYPE_CLOCK_C</term>
1998                       <listitem><para>not used?</para></listitem>
1999                     </varlistentry>
2000                     <varlistentry>
2001                       <term>DRM_MODE_TYPE_CRTC_C</term>
2002                       <listitem><para>not used?</para></listitem>
2003                     </varlistentry>
2004                     <varlistentry>
2005                       <term>
2006         DRM_MODE_TYPE_PREFERRED - The preferred mode for the connector
2007                       </term>
2008                       <listitem>
2009                         <para>not used?</para>
2010                       </listitem>
2011                     </varlistentry>
2012                     <varlistentry>
2013                       <term>DRM_MODE_TYPE_DEFAULT</term>
2014                       <listitem><para>not used?</para></listitem>
2015                     </varlistentry>
2016                     <varlistentry>
2017                       <term>DRM_MODE_TYPE_USERDEF</term>
2018                       <listitem><para>not used?</para></listitem>
2019                     </varlistentry>
2020                     <varlistentry>
2021                       <term>DRM_MODE_TYPE_DRIVER</term>
2022                       <listitem>
2023                         <para>
2024                           The mode has been created by the driver (as opposed to
2025                           to user-created modes).
2026                         </para>
2027                       </listitem>
2028                     </varlistentry>
2029                   </variablelist>
2030                   Drivers must set the DRM_MODE_TYPE_DRIVER bit for all modes they
2031                   create, and set the DRM_MODE_TYPE_PREFERRED bit for the preferred
2032                   mode.
2033                 </para>
2034               </listitem>
2035               <listitem>
2036                 <synopsis>__u32 clock;</synopsis>
2037                 <para>Pixel clock frequency in kHz unit</para>
2038               </listitem>
2039               <listitem>
2040                 <synopsis>__u16 hdisplay, hsync_start, hsync_end, htotal;
2041     __u16 vdisplay, vsync_start, vsync_end, vtotal;</synopsis>
2042                 <para>Horizontal and vertical timing information</para>
2043                 <screen><![CDATA[
2044              Active                 Front           Sync           Back
2045              Region                 Porch                          Porch
2046     <-----------------------><----------------><-------------><-------------->
2047
2048       //////////////////////|
2049      ////////////////////// |
2050     //////////////////////  |..................               ................
2051                                                _______________
2052
2053     <----- [hv]display ----->
2054     <------------- [hv]sync_start ------------>
2055     <--------------------- [hv]sync_end --------------------->
2056     <-------------------------------- [hv]total ----------------------------->
2057 ]]></screen>
2058               </listitem>
2059               <listitem>
2060                 <synopsis>__u16 hskew;
2061     __u16 vscan;</synopsis>
2062                 <para>Unknown</para>
2063               </listitem>
2064               <listitem>
2065                 <synopsis>__u32 flags;</synopsis>
2066                 <para>
2067                   Mode flags, a combination of
2068                   <variablelist>
2069                     <varlistentry>
2070                       <term>DRM_MODE_FLAG_PHSYNC</term>
2071                       <listitem><para>
2072                         Horizontal sync is active high
2073                       </para></listitem>
2074                     </varlistentry>
2075                     <varlistentry>
2076                       <term>DRM_MODE_FLAG_NHSYNC</term>
2077                       <listitem><para>
2078                         Horizontal sync is active low
2079                       </para></listitem>
2080                     </varlistentry>
2081                     <varlistentry>
2082                       <term>DRM_MODE_FLAG_PVSYNC</term>
2083                       <listitem><para>
2084                         Vertical sync is active high
2085                       </para></listitem>
2086                     </varlistentry>
2087                     <varlistentry>
2088                       <term>DRM_MODE_FLAG_NVSYNC</term>
2089                       <listitem><para>
2090                         Vertical sync is active low
2091                       </para></listitem>
2092                     </varlistentry>
2093                     <varlistentry>
2094                       <term>DRM_MODE_FLAG_INTERLACE</term>
2095                       <listitem><para>
2096                         Mode is interlaced
2097                       </para></listitem>
2098                     </varlistentry>
2099                     <varlistentry>
2100                       <term>DRM_MODE_FLAG_DBLSCAN</term>
2101                       <listitem><para>
2102                         Mode uses doublescan
2103                       </para></listitem>
2104                     </varlistentry>
2105                     <varlistentry>
2106                       <term>DRM_MODE_FLAG_CSYNC</term>
2107                       <listitem><para>
2108                         Mode uses composite sync
2109                       </para></listitem>
2110                     </varlistentry>
2111                     <varlistentry>
2112                       <term>DRM_MODE_FLAG_PCSYNC</term>
2113                       <listitem><para>
2114                         Composite sync is active high
2115                       </para></listitem>
2116                     </varlistentry>
2117                     <varlistentry>
2118                       <term>DRM_MODE_FLAG_NCSYNC</term>
2119                       <listitem><para>
2120                         Composite sync is active low
2121                       </para></listitem>
2122                     </varlistentry>
2123                     <varlistentry>
2124                       <term>DRM_MODE_FLAG_HSKEW</term>
2125                       <listitem><para>
2126                         hskew provided (not used?)
2127                       </para></listitem>
2128                     </varlistentry>
2129                     <varlistentry>
2130                       <term>DRM_MODE_FLAG_BCAST</term>
2131                       <listitem><para>
2132                         not used?
2133                       </para></listitem>
2134                     </varlistentry>
2135                     <varlistentry>
2136                       <term>DRM_MODE_FLAG_PIXMUX</term>
2137                       <listitem><para>
2138                         not used?
2139                       </para></listitem>
2140                     </varlistentry>
2141                     <varlistentry>
2142                       <term>DRM_MODE_FLAG_DBLCLK</term>
2143                       <listitem><para>
2144                         not used?
2145                       </para></listitem>
2146                     </varlistentry>
2147                     <varlistentry>
2148                       <term>DRM_MODE_FLAG_CLKDIV2</term>
2149                       <listitem><para>
2150                         ?
2151                       </para></listitem>
2152                     </varlistentry>
2153                   </variablelist>
2154                 </para>
2155                 <para>
2156                   Note that modes marked with the INTERLACE or DBLSCAN flags will be
2157                   filtered out by
2158                   <function>drm_helper_probe_single_connector_modes</function> if
2159                   the connector's <structfield>interlace_allowed</structfield> or
2160                   <structfield>doublescan_allowed</structfield> field is set to 0.
2161                 </para>
2162               </listitem>
2163               <listitem>
2164                 <synopsis>char name[DRM_DISPLAY_MODE_LEN];</synopsis>
2165                 <para>
2166                   Mode name. The driver must call
2167                   <function>drm_mode_set_name</function> to fill the mode name from
2168                   <structfield>hdisplay</structfield>,
2169                   <structfield>vdisplay</structfield> and interlace flag after
2170                   filling the corresponding fields.
2171                 </para>
2172               </listitem>
2173             </itemizedlist>
2174           </para>
2175           <para>
2176             The <structfield>vrefresh</structfield> value is computed by
2177             <function>drm_helper_probe_single_connector_modes</function>.
2178           </para>
2179           <para>
2180             When parsing EDID data, <function>drm_add_edid_modes</function> fill the
2181             connector <structfield>display_info</structfield>
2182             <structfield>width_mm</structfield> and
2183             <structfield>height_mm</structfield> fields. When creating modes
2184             manually the <methodname>get_modes</methodname> helper operation must
2185             set the <structfield>display_info</structfield>
2186             <structfield>width_mm</structfield> and
2187             <structfield>height_mm</structfield> fields if they haven't been set
2188             already (for instance at initialization time when a fixed-size panel is
2189             attached to the connector). The mode <structfield>width_mm</structfield>
2190             and <structfield>height_mm</structfield> fields are only used internally
2191             during EDID parsing and should not be set when creating modes manually.
2192           </para>
2193         </listitem>
2194         <listitem>
2195           <synopsis>int (*mode_valid)(struct drm_connector *connector,
2196                   struct drm_display_mode *mode);</synopsis>
2197           <para>
2198             Verify whether a mode is valid for the connector. Return MODE_OK for
2199             supported modes and one of the enum drm_mode_status values (MODE_*)
2200             for unsupported modes. This operation is mandatory.
2201           </para>
2202           <para>
2203             As the mode rejection reason is currently not used beside for
2204             immediately removing the unsupported mode, an implementation can
2205             return MODE_BAD regardless of the exact reason why the mode is not
2206             valid.
2207           </para>
2208           <note><para>
2209             Note that the <methodname>mode_valid</methodname> helper operation is
2210             only called for modes detected by the device, and
2211             <emphasis>not</emphasis> for modes set by the user through the CRTC
2212             <methodname>set_config</methodname> operation.
2213           </para></note>
2214         </listitem>
2215       </itemizedlist>
2216     </sect2>
2217     <sect2>
2218       <title>Modeset Helper Functions Reference</title>
2219 !Edrivers/gpu/drm/drm_crtc_helper.c
2220     </sect2>
2221     <sect2>
2222       <title>fbdev Helper Functions Reference</title>
2223 !Pdrivers/gpu/drm/drm_fb_helper.c fbdev helpers
2224 !Edrivers/gpu/drm/drm_fb_helper.c
2225 !Iinclude/drm/drm_fb_helper.h
2226     </sect2>
2227     <sect2>
2228       <title>Display Port Helper Functions Reference</title>
2229 !Pdrivers/gpu/drm/drm_dp_helper.c dp helpers
2230 !Iinclude/drm/drm_dp_helper.h
2231 !Edrivers/gpu/drm/drm_dp_helper.c
2232     </sect2>
2233     <sect2>
2234       <title>EDID Helper Functions Reference</title>
2235 !Edrivers/gpu/drm/drm_edid.c
2236     </sect2>
2237     <sect2>
2238       <title>Rectangle Utilities Reference</title>
2239 !Pinclude/drm/drm_rect.h rect utils
2240 !Iinclude/drm/drm_rect.h
2241 !Edrivers/gpu/drm/drm_rect.c
2242     </sect2>
2243     <sect2>
2244       <title>Flip-work Helper Reference</title>
2245 !Pinclude/drm/drm_flip_work.h flip utils
2246 !Iinclude/drm/drm_flip_work.h
2247 !Edrivers/gpu/drm/drm_flip_work.c
2248     </sect2>
2249     <sect2>
2250       <title>HDMI Infoframes Helper Reference</title>
2251       <para>
2252         Strictly speaking this is not a DRM helper library but generally useable
2253         by any driver interfacing with HDMI outputs like v4l or alsa drivers.
2254         But it nicely fits into the overall topic of mode setting helper
2255         libraries and hence is also included here.
2256       </para>
2257 !Iinclude/linux/hdmi.h
2258 !Edrivers/video/hdmi.c
2259     </sect2>
2260   </sect1>
2261
2262   <!-- Internals: kms properties -->
2263
2264   <sect1 id="drm-kms-properties">
2265     <title>KMS Properties</title>
2266     <para>
2267       Drivers may need to expose additional parameters to applications than
2268       those described in the previous sections. KMS supports attaching
2269       properties to CRTCs, connectors and planes and offers a userspace API to
2270       list, get and set the property values.
2271     </para>
2272     <para>
2273       Properties are identified by a name that uniquely defines the property
2274       purpose, and store an associated value. For all property types except blob
2275       properties the value is a 64-bit unsigned integer.
2276     </para>
2277     <para>
2278       KMS differentiates between properties and property instances. Drivers
2279       first create properties and then create and associate individual instances
2280       of those properties to objects. A property can be instantiated multiple
2281       times and associated with different objects. Values are stored in property
2282       instances, and all other property information are stored in the propery
2283       and shared between all instances of the property.
2284     </para>
2285     <para>
2286       Every property is created with a type that influences how the KMS core
2287       handles the property. Supported property types are
2288       <variablelist>
2289         <varlistentry>
2290           <term>DRM_MODE_PROP_RANGE</term>
2291           <listitem><para>Range properties report their minimum and maximum
2292             admissible values. The KMS core verifies that values set by
2293             application fit in that range.</para></listitem>
2294         </varlistentry>
2295         <varlistentry>
2296           <term>DRM_MODE_PROP_ENUM</term>
2297           <listitem><para>Enumerated properties take a numerical value that
2298             ranges from 0 to the number of enumerated values defined by the
2299             property minus one, and associate a free-formed string name to each
2300             value. Applications can retrieve the list of defined value-name pairs
2301             and use the numerical value to get and set property instance values.
2302             </para></listitem>
2303         </varlistentry>
2304         <varlistentry>
2305           <term>DRM_MODE_PROP_BITMASK</term>
2306           <listitem><para>Bitmask properties are enumeration properties that
2307             additionally restrict all enumerated values to the 0..63 range.
2308             Bitmask property instance values combine one or more of the
2309             enumerated bits defined by the property.</para></listitem>
2310         </varlistentry>
2311         <varlistentry>
2312           <term>DRM_MODE_PROP_BLOB</term>
2313           <listitem><para>Blob properties store a binary blob without any format
2314             restriction. The binary blobs are created as KMS standalone objects,
2315             and blob property instance values store the ID of their associated
2316             blob object.</para>
2317             <para>Blob properties are only used for the connector EDID property
2318             and cannot be created by drivers.</para></listitem>
2319         </varlistentry>
2320       </variablelist>
2321     </para>
2322     <para>
2323       To create a property drivers call one of the following functions depending
2324       on the property type. All property creation functions take property flags
2325       and name, as well as type-specific arguments.
2326       <itemizedlist>
2327         <listitem>
2328           <synopsis>struct drm_property *drm_property_create_range(struct drm_device *dev, int flags,
2329                                                const char *name,
2330                                                uint64_t min, uint64_t max);</synopsis>
2331           <para>Create a range property with the given minimum and maximum
2332             values.</para>
2333         </listitem>
2334         <listitem>
2335           <synopsis>struct drm_property *drm_property_create_enum(struct drm_device *dev, int flags,
2336                                               const char *name,
2337                                               const struct drm_prop_enum_list *props,
2338                                               int num_values);</synopsis>
2339           <para>Create an enumerated property. The <parameter>props</parameter>
2340             argument points to an array of <parameter>num_values</parameter>
2341             value-name pairs.</para>
2342         </listitem>
2343         <listitem>
2344           <synopsis>struct drm_property *drm_property_create_bitmask(struct drm_device *dev,
2345                                                  int flags, const char *name,
2346                                                  const struct drm_prop_enum_list *props,
2347                                                  int num_values);</synopsis>
2348           <para>Create a bitmask property. The <parameter>props</parameter>
2349             argument points to an array of <parameter>num_values</parameter>
2350             value-name pairs.</para>
2351         </listitem>
2352       </itemizedlist>
2353     </para>
2354     <para>
2355       Properties can additionally be created as immutable, in which case they
2356       will be read-only for applications but can be modified by the driver. To
2357       create an immutable property drivers must set the DRM_MODE_PROP_IMMUTABLE
2358       flag at property creation time.
2359     </para>
2360     <para>
2361       When no array of value-name pairs is readily available at property
2362       creation time for enumerated or range properties, drivers can create
2363       the property using the <function>drm_property_create</function> function
2364       and manually add enumeration value-name pairs by calling the
2365       <function>drm_property_add_enum</function> function. Care must be taken to
2366       properly specify the property type through the <parameter>flags</parameter>
2367       argument.
2368     </para>
2369     <para>
2370       After creating properties drivers can attach property instances to CRTC,
2371       connector and plane objects by calling the
2372       <function>drm_object_attach_property</function>. The function takes a
2373       pointer to the target object, a pointer to the previously created property
2374       and an initial instance value.
2375     </para>
2376   </sect1>
2377
2378   <!-- Internals: vertical blanking -->
2379
2380   <sect1 id="drm-vertical-blank">
2381     <title>Vertical Blanking</title>
2382     <para>
2383       Vertical blanking plays a major role in graphics rendering. To achieve
2384       tear-free display, users must synchronize page flips and/or rendering to
2385       vertical blanking. The DRM API offers ioctls to perform page flips
2386       synchronized to vertical blanking and wait for vertical blanking.
2387     </para>
2388     <para>
2389       The DRM core handles most of the vertical blanking management logic, which
2390       involves filtering out spurious interrupts, keeping race-free blanking
2391       counters, coping with counter wrap-around and resets and keeping use
2392       counts. It relies on the driver to generate vertical blanking interrupts
2393       and optionally provide a hardware vertical blanking counter. Drivers must
2394       implement the following operations.
2395     </para>
2396     <itemizedlist>
2397       <listitem>
2398         <synopsis>int (*enable_vblank) (struct drm_device *dev, int crtc);
2399 void (*disable_vblank) (struct drm_device *dev, int crtc);</synopsis>
2400         <para>
2401           Enable or disable vertical blanking interrupts for the given CRTC.
2402         </para>
2403       </listitem>
2404       <listitem>
2405         <synopsis>u32 (*get_vblank_counter) (struct drm_device *dev, int crtc);</synopsis>
2406         <para>
2407           Retrieve the value of the vertical blanking counter for the given
2408           CRTC. If the hardware maintains a vertical blanking counter its value
2409           should be returned. Otherwise drivers can use the
2410           <function>drm_vblank_count</function> helper function to handle this
2411           operation.
2412         </para>
2413       </listitem>
2414     </itemizedlist>
2415     <para>
2416       Drivers must initialize the vertical blanking handling core with a call to
2417       <function>drm_vblank_init</function> in their
2418       <methodname>load</methodname> operation. The function will set the struct
2419       <structname>drm_device</structname>
2420       <structfield>vblank_disable_allowed</structfield> field to 0. This will
2421       keep vertical blanking interrupts enabled permanently until the first mode
2422       set operation, where <structfield>vblank_disable_allowed</structfield> is
2423       set to 1. The reason behind this is not clear. Drivers can set the field
2424       to 1 after <function>calling drm_vblank_init</function> to make vertical
2425       blanking interrupts dynamically managed from the beginning.
2426     </para>
2427     <para>
2428       Vertical blanking interrupts can be enabled by the DRM core or by drivers
2429       themselves (for instance to handle page flipping operations). The DRM core
2430       maintains a vertical blanking use count to ensure that the interrupts are
2431       not disabled while a user still needs them. To increment the use count,
2432       drivers call <function>drm_vblank_get</function>. Upon return vertical
2433       blanking interrupts are guaranteed to be enabled.
2434     </para>
2435     <para>
2436       To decrement the use count drivers call
2437       <function>drm_vblank_put</function>. Only when the use count drops to zero
2438       will the DRM core disable the vertical blanking interrupts after a delay
2439       by scheduling a timer. The delay is accessible through the vblankoffdelay
2440       module parameter or the <varname>drm_vblank_offdelay</varname> global
2441       variable and expressed in milliseconds. Its default value is 5000 ms.
2442     </para>
2443     <para>
2444       When a vertical blanking interrupt occurs drivers only need to call the
2445       <function>drm_handle_vblank</function> function to account for the
2446       interrupt.
2447     </para>
2448     <para>
2449       Resources allocated by <function>drm_vblank_init</function> must be freed
2450       with a call to <function>drm_vblank_cleanup</function> in the driver
2451       <methodname>unload</methodname> operation handler.
2452     </para>
2453   </sect1>
2454
2455   <!-- Internals: open/close, file operations and ioctls -->
2456
2457   <sect1>
2458     <title>Open/Close, File Operations and IOCTLs</title>
2459     <sect2>
2460       <title>Open and Close</title>
2461       <synopsis>int (*firstopen) (struct drm_device *);
2462 void (*lastclose) (struct drm_device *);
2463 int (*open) (struct drm_device *, struct drm_file *);
2464 void (*preclose) (struct drm_device *, struct drm_file *);
2465 void (*postclose) (struct drm_device *, struct drm_file *);</synopsis>
2466       <abstract>Open and close handlers. None of those methods are mandatory.
2467       </abstract>
2468       <para>
2469         The <methodname>firstopen</methodname> method is called by the DRM core
2470         for legacy UMS (User Mode Setting) drivers only when an application
2471         opens a device that has no other opened file handle. UMS drivers can
2472         implement it to acquire device resources. KMS drivers can't use the
2473         method and must acquire resources in the <methodname>load</methodname>
2474         method instead.
2475       </para>
2476       <para>
2477         Similarly the <methodname>lastclose</methodname> method is called when
2478         the last application holding a file handle opened on the device closes
2479         it, for both UMS and KMS drivers. Additionally, the method is also
2480         called at module unload time or, for hot-pluggable devices, when the
2481         device is unplugged. The <methodname>firstopen</methodname> and
2482         <methodname>lastclose</methodname> calls can thus be unbalanced.
2483       </para>
2484       <para>
2485         The <methodname>open</methodname> method is called every time the device
2486         is opened by an application. Drivers can allocate per-file private data
2487         in this method and store them in the struct
2488         <structname>drm_file</structname> <structfield>driver_priv</structfield>
2489         field. Note that the <methodname>open</methodname> method is called
2490         before <methodname>firstopen</methodname>.
2491       </para>
2492       <para>
2493         The close operation is split into <methodname>preclose</methodname> and
2494         <methodname>postclose</methodname> methods. Drivers must stop and
2495         cleanup all per-file operations in the <methodname>preclose</methodname>
2496         method. For instance pending vertical blanking and page flip events must
2497         be cancelled. No per-file operation is allowed on the file handle after
2498         returning from the <methodname>preclose</methodname> method.
2499       </para>
2500       <para>
2501         Finally the <methodname>postclose</methodname> method is called as the
2502         last step of the close operation, right before calling the
2503         <methodname>lastclose</methodname> method if no other open file handle
2504         exists for the device. Drivers that have allocated per-file private data
2505         in the <methodname>open</methodname> method should free it here.
2506       </para>
2507       <para>
2508         The <methodname>lastclose</methodname> method should restore CRTC and
2509         plane properties to default value, so that a subsequent open of the
2510         device will not inherit state from the previous user. It can also be
2511         used to execute delayed power switching state changes, e.g. in
2512         conjunction with the vga-switcheroo infrastructure. Beyond that KMS
2513         drivers should not do any further cleanup. Only legacy UMS drivers might
2514         need to clean up device state so that the vga console or an independent
2515         fbdev driver could take over.
2516       </para>
2517     </sect2>
2518     <sect2>
2519       <title>File Operations</title>
2520       <synopsis>const struct file_operations *fops</synopsis>
2521       <abstract>File operations for the DRM device node.</abstract>
2522       <para>
2523         Drivers must define the file operations structure that forms the DRM
2524         userspace API entry point, even though most of those operations are
2525         implemented in the DRM core. The <methodname>open</methodname>,
2526         <methodname>release</methodname> and <methodname>ioctl</methodname>
2527         operations are handled by
2528         <programlisting>
2529         .owner = THIS_MODULE,
2530         .open = drm_open,
2531         .release = drm_release,
2532         .unlocked_ioctl = drm_ioctl,
2533   #ifdef CONFIG_COMPAT
2534         .compat_ioctl = drm_compat_ioctl,
2535   #endif
2536         </programlisting>
2537       </para>
2538       <para>
2539         Drivers that implement private ioctls that requires 32/64bit
2540         compatibility support must provide their own
2541         <methodname>compat_ioctl</methodname> handler that processes private
2542         ioctls and calls <function>drm_compat_ioctl</function> for core ioctls.
2543       </para>
2544       <para>
2545         The <methodname>read</methodname> and <methodname>poll</methodname>
2546         operations provide support for reading DRM events and polling them. They
2547         are implemented by
2548         <programlisting>
2549         .poll = drm_poll,
2550         .read = drm_read,
2551         .llseek = no_llseek,
2552         </programlisting>
2553       </para>
2554       <para>
2555         The memory mapping implementation varies depending on how the driver
2556         manages memory. Pre-GEM drivers will use <function>drm_mmap</function>,
2557         while GEM-aware drivers will use <function>drm_gem_mmap</function>. See
2558         <xref linkend="drm-gem"/>.
2559         <programlisting>
2560         .mmap = drm_gem_mmap,
2561         </programlisting>
2562       </para>
2563       <para>
2564         No other file operation is supported by the DRM API.
2565       </para>
2566     </sect2>
2567     <sect2>
2568       <title>IOCTLs</title>
2569       <synopsis>struct drm_ioctl_desc *ioctls;
2570 int num_ioctls;</synopsis>
2571       <abstract>Driver-specific ioctls descriptors table.</abstract>
2572       <para>
2573         Driver-specific ioctls numbers start at DRM_COMMAND_BASE. The ioctls
2574         descriptors table is indexed by the ioctl number offset from the base
2575         value. Drivers can use the DRM_IOCTL_DEF_DRV() macro to initialize the
2576         table entries.
2577       </para>
2578       <para>
2579         <programlisting>DRM_IOCTL_DEF_DRV(ioctl, func, flags)</programlisting>
2580         <para>
2581           <parameter>ioctl</parameter> is the ioctl name. Drivers must define
2582           the DRM_##ioctl and DRM_IOCTL_##ioctl macros to the ioctl number
2583           offset from DRM_COMMAND_BASE and the ioctl number respectively. The
2584           first macro is private to the device while the second must be exposed
2585           to userspace in a public header.
2586         </para>
2587         <para>
2588           <parameter>func</parameter> is a pointer to the ioctl handler function
2589           compatible with the <type>drm_ioctl_t</type> type.
2590           <programlisting>typedef int drm_ioctl_t(struct drm_device *dev, void *data,
2591                 struct drm_file *file_priv);</programlisting>
2592         </para>
2593         <para>
2594           <parameter>flags</parameter> is a bitmask combination of the following
2595           values. It restricts how the ioctl is allowed to be called.
2596           <itemizedlist>
2597             <listitem><para>
2598               DRM_AUTH - Only authenticated callers allowed
2599             </para></listitem>
2600             <listitem><para>
2601               DRM_MASTER - The ioctl can only be called on the master file
2602               handle
2603             </para></listitem>
2604             <listitem><para>
2605               DRM_ROOT_ONLY - Only callers with the SYSADMIN capability allowed
2606             </para></listitem>
2607             <listitem><para>
2608               DRM_CONTROL_ALLOW - The ioctl can only be called on a control
2609               device
2610             </para></listitem>
2611             <listitem><para>
2612               DRM_UNLOCKED - The ioctl handler will be called without locking
2613               the DRM global mutex
2614             </para></listitem>
2615           </itemizedlist>
2616         </para>
2617       </para>
2618     </sect2>
2619   </sect1>
2620   <sect1>
2621     <title>Legacy Support Code</title>
2622     <para>
2623       The section very brievely covers some of the old legacy support code which
2624       is only used by old DRM drivers which have done a so-called shadow-attach
2625       to the underlying device instead of registering as a real driver. This
2626       also includes some of the old generic buffer mangement and command
2627       submission code. Do not use any of this in new and modern drivers.
2628     </para>
2629
2630     <sect2>
2631       <title>Legacy Suspend/Resume</title>
2632       <para>
2633         The DRM core provides some suspend/resume code, but drivers wanting full
2634         suspend/resume support should provide save() and restore() functions.
2635         These are called at suspend, hibernate, or resume time, and should perform
2636         any state save or restore required by your device across suspend or
2637         hibernate states.
2638       </para>
2639       <synopsis>int (*suspend) (struct drm_device *, pm_message_t state);
2640   int (*resume) (struct drm_device *);</synopsis>
2641       <para>
2642         Those are legacy suspend and resume methods which
2643         <emphasis>only</emphasis> work with the legacy shadow-attach driver
2644         registration functions. New driver should use the power management
2645         interface provided by their bus type (usually through
2646         the struct <structname>device_driver</structname> dev_pm_ops) and set
2647         these methods to NULL.
2648       </para>
2649     </sect2>
2650
2651     <sect2>
2652       <title>Legacy DMA Services</title>
2653       <para>
2654         This should cover how DMA mapping etc. is supported by the core.
2655         These functions are deprecated and should not be used.
2656       </para>
2657     </sect2>
2658   </sect1>
2659   </chapter>
2660
2661 <!-- TODO
2662
2663 - Add a glossary
2664 - Document the struct_mutex catch-all lock
2665 - Document connector properties
2666
2667 - Why is the load method optional?
2668 - What are drivers supposed to set the initial display state to, and how?
2669   Connector's DPMS states are not initialized and are thus equal to
2670   DRM_MODE_DPMS_ON. The fbcon compatibility layer calls
2671   drm_helper_disable_unused_functions(), which disables unused encoders and
2672   CRTCs, but doesn't touch the connectors' DPMS state, and
2673   drm_helper_connector_dpms() in reaction to fbdev blanking events. Do drivers
2674   that don't implement (or just don't use) fbcon compatibility need to call
2675   those functions themselves?
2676 - KMS drivers must call drm_vblank_pre_modeset() and drm_vblank_post_modeset()
2677   around mode setting. Should this be done in the DRM core?
2678 - vblank_disable_allowed is set to 1 in the first drm_vblank_post_modeset()
2679   call and never set back to 0. It seems to be safe to permanently set it to 1
2680   in drm_vblank_init() for KMS driver, and it might be safe for UMS drivers as
2681   well. This should be investigated.
2682 - crtc and connector .save and .restore operations are only used internally in
2683   drivers, should they be removed from the core?
2684 - encoder mid-layer .save and .restore operations are only used internally in
2685   drivers, should they be removed from the core?
2686 - encoder mid-layer .detect operation is only used internally in drivers,
2687   should it be removed from the core?
2688 -->
2689
2690   <!-- External interfaces -->
2691
2692   <chapter id="drmExternals">
2693     <title>Userland interfaces</title>
2694     <para>
2695       The DRM core exports several interfaces to applications,
2696       generally intended to be used through corresponding libdrm
2697       wrapper functions.  In addition, drivers export device-specific
2698       interfaces for use by userspace drivers &amp; device-aware
2699       applications through ioctls and sysfs files.
2700     </para>
2701     <para>
2702       External interfaces include: memory mapping, context management,
2703       DMA operations, AGP management, vblank control, fence
2704       management, memory management, and output management.
2705     </para>
2706     <para>
2707       Cover generic ioctls and sysfs layout here.  We only need high-level
2708       info, since man pages should cover the rest.
2709     </para>
2710
2711   <!-- External: render nodes -->
2712
2713     <sect1>
2714       <title>Render nodes</title>
2715       <para>
2716         DRM core provides multiple character-devices for user-space to use.
2717         Depending on which device is opened, user-space can perform a different
2718         set of operations (mainly ioctls). The primary node is always created
2719         and called card&lt;num&gt;. Additionally, a currently
2720         unused control node, called controlD&lt;num&gt; is also
2721         created. The primary node provides all legacy operations and
2722         historically was the only interface used by userspace. With KMS, the
2723         control node was introduced. However, the planned KMS control interface
2724         has never been written and so the control node stays unused to date.
2725       </para>
2726       <para>
2727         With the increased use of offscreen renderers and GPGPU applications,
2728         clients no longer require running compositors or graphics servers to
2729         make use of a GPU. But the DRM API required unprivileged clients to
2730         authenticate to a DRM-Master prior to getting GPU access. To avoid this
2731         step and to grant clients GPU access without authenticating, render
2732         nodes were introduced. Render nodes solely serve render clients, that
2733         is, no modesetting or privileged ioctls can be issued on render nodes.
2734         Only non-global rendering commands are allowed. If a driver supports
2735         render nodes, it must advertise it via the DRIVER_RENDER
2736         DRM driver capability. If not supported, the primary node must be used
2737         for render clients together with the legacy drmAuth authentication
2738         procedure.
2739       </para>
2740       <para>
2741         If a driver advertises render node support, DRM core will create a
2742         separate render node called renderD&lt;num&gt;. There will
2743         be one render node per device. No ioctls except  PRIME-related ioctls
2744         will be allowed on this node. Especially GEM_OPEN will be
2745         explicitly prohibited. Render nodes are designed to avoid the
2746         buffer-leaks, which occur if clients guess the flink names or mmap
2747         offsets on the legacy interface. Additionally to this basic interface,
2748         drivers must mark their driver-dependent render-only ioctls as
2749         DRM_RENDER_ALLOW so render clients can use them. Driver
2750         authors must be careful not to allow any privileged ioctls on render
2751         nodes.
2752       </para>
2753       <para>
2754         With render nodes, user-space can now control access to the render node
2755         via basic file-system access-modes. A running graphics server which
2756         authenticates clients on the privileged primary/legacy node is no longer
2757         required. Instead, a client can open the render node and is immediately
2758         granted GPU access. Communication between clients (or servers) is done
2759         via PRIME. FLINK from render node to legacy node is not supported. New
2760         clients must not use the insecure FLINK interface.
2761       </para>
2762       <para>
2763         Besides dropping all modeset/global ioctls, render nodes also drop the
2764         DRM-Master concept. There is no reason to associate render clients with
2765         a DRM-Master as they are independent of any graphics server. Besides,
2766         they must work without any running master, anyway.
2767         Drivers must be able to run without a master object if they support
2768         render nodes. If, on the other hand, a driver requires shared state
2769         between clients which is visible to user-space and accessible beyond
2770         open-file boundaries, they cannot support render nodes.
2771       </para>
2772     </sect1>
2773
2774   <!-- External: vblank handling -->
2775
2776     <sect1>
2777       <title>VBlank event handling</title>
2778       <para>
2779         The DRM core exposes two vertical blank related ioctls:
2780         <variablelist>
2781           <varlistentry>
2782             <term>DRM_IOCTL_WAIT_VBLANK</term>
2783             <listitem>
2784               <para>
2785                 This takes a struct drm_wait_vblank structure as its argument,
2786                 and it is used to block or request a signal when a specified
2787                 vblank event occurs.
2788               </para>
2789             </listitem>
2790           </varlistentry>
2791           <varlistentry>
2792             <term>DRM_IOCTL_MODESET_CTL</term>
2793             <listitem>
2794               <para>
2795                 This should be called by application level drivers before and
2796                 after mode setting, since on many devices the vertical blank
2797                 counter is reset at that time.  Internally, the DRM snapshots
2798                 the last vblank count when the ioctl is called with the
2799                 _DRM_PRE_MODESET command, so that the counter won't go backwards
2800                 (which is dealt with when _DRM_POST_MODESET is used).
2801               </para>
2802             </listitem>
2803           </varlistentry>
2804         </variablelist>
2805 <!--!Edrivers/char/drm/drm_irq.c-->
2806       </para>
2807     </sect1>
2808
2809   </chapter>
2810 </part>
2811 <part id="drmDrivers">
2812   <title>DRM Drivers</title>
2813
2814   <partintro>
2815     <para>
2816       This second part of the DRM Developer's Guide documents driver code,
2817       implementation details and also all the driver-specific userspace
2818       interfaces. Especially since all hardware-acceleration interfaces to
2819       userspace are driver specific for efficiency and other reasons these
2820       interfaces can be rather substantial. Hence every driver has its own
2821       chapter.
2822     </para>
2823   </partintro>
2824
2825   <chapter id="drmI915">
2826     <title>drm/i915 Intel GFX Driver</title>
2827     <para>
2828       The drm/i915 driver supports all (with the exception of some very early
2829       models) integrated GFX chipsets with both Intel display and rendering
2830       blocks. This excludes a set of SoC platforms with an SGX rendering unit,
2831       those have basic support through the gma500 drm driver.
2832     </para>
2833     <sect1>
2834       <title>Display Hardware Handling</title>
2835       <para>
2836         This section covers everything related to the display hardware including
2837         the mode setting infrastructure, plane, sprite and cursor handling and
2838         display, output probing and related topics.
2839       </para>
2840       <sect2>
2841         <title>Mode Setting Infrastructure</title>
2842         <para>
2843           The i915 driver is thus far the only DRM driver which doesn't use the
2844           common DRM helper code to implement mode setting sequences. Thus it
2845           has its own tailor-made infrastructure for executing a display
2846           configuration change.
2847         </para>
2848       </sect2>
2849       <sect2>
2850         <title>Plane Configuration</title>
2851         <para>
2852           This section covers plane configuration and composition with the
2853           primary plane, sprites, cursors and overlays. This includes the
2854           infrastructure to do atomic vsync'ed updates of all this state and
2855           also tightly coupled topics like watermark setup and computation,
2856           framebuffer compression and panel self refresh.
2857         </para>
2858       </sect2>
2859       <sect2>
2860         <title>Output Probing</title>
2861         <para>
2862           This section covers output probing and related infrastructure like the
2863           hotplug interrupt storm detection and mitigation code. Note that the
2864           i915 driver still uses most of the common DRM helper code for output
2865           probing, so those sections fully apply.
2866         </para>
2867       </sect2>
2868     </sect1>
2869
2870     <sect1>
2871       <title>Memory Management and Command Submission</title>
2872       <para>
2873         This sections covers all things related to the GEM implementation in the
2874         i915 driver.
2875       </para>
2876     </sect1>
2877   </chapter>
2878 </part>
2879 </book>