Linux Graphics Drivers: an Introduction

Linux Graphics Drivers: an Introduction

Version 3

St¨¦phane Marchesin

March 15, 2012

2

Contents

1

2

3

4

Introduction

7

1.1

Book overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7

1.2

What this book does not cover . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

8

A Look at the Hardware

9

2.1

Hardware Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

9

2.2

Bus types . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

10

2.3

Virtual and Physical Memory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

12

2.4

Anatomy of a Graphics Card . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

15

2.5

Programming the card . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

20

2.6

Graphics Hardware Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

21

2.6.1

Forward renderers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

21

2.6.2

Deferred Renderers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

22

The Big Picture

25

3.1

The X11 infrastructure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

25

3.2

The DRI/DRM infrastructure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

26

Framebuffer Drivers

31

4.1

Creating a framebuffer driver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

31

4.2

Framebuffer operations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

32

3

CONTENTS

5

6

7

The Direct Rendering Manager

35

5.1

DRM batch buffer submission model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

36

5.1.1

Hardware sharing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

36

5.1.2

Memory management and security . . . . . . . . . . . . . . . . .

37

5.2

Modesetting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

37

5.3

libdrm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

38

Drivers

39

6.1

Creating a basic driver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

39

6.2

ShadowFB acceleration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

40

6.3

XAA acceleration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

41

6.4

EXA acceleration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

41

Video Decoding

45

7.1

Video Standards . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

45

7.2

Video decoding pipeline . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

45

7.2.1

Entropy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

45

7.2.2

Inverse DCT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

46

7.2.3

Motion Compensation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

46

7.2.4

Color Space Conversion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

46

Video decoding APIs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

49

7.3

8

9

4

OpenGL

51

8.1

The OpenGL Rendering Pipeline . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

51

8.1.1

Vertex processing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

51

8.1.2

Geometry processing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

51

8.1.3

Fragment processing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

51

Mesa

53

9.1

Mesa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

53

9.2

Mesa internals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

53

9.2.1

53

Textures in mesa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

CONTENTS

10 Gallium 3D

55

10.1 Gallium3D: a plan for a new generation of hardware . . . . . . . . . . . .

55

10.2 State trackers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

55

10.3 Pipe driver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

56

10.4 Winsys . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

56

10.5 Vertex submission . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

56

10.6 Writing Gallium3D drivers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

56

10.7 Shaders in Gallium . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

56

11 GPU Computing

59

12 Suspend and Resume

61

13 Technical Specifications

63

13.1 Obtaining official specifications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

63

13.2 Reverse engineering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

64

14 Beyond Development

67

14.1 Testing for conformance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

67

14.2 Debugging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

67

14.3 Upstreaming . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

68

15 Conclusions

69

5

 ................
................

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