常见Soc平台图形内存管理学习笔记

硬件编解码、硬件图像scale等过程，是在专有的硬件单元里进行，其使用的内存也是专有的内存，这种内存多是SoC中图形内存。如此方便与硬件加速图形渲染、图像显示、硬件图像加速处理等功能相交互。
上述过程在使用图形内存时，自然需要使用对应的图形内存管理API。常见的图形内存管理API有以下几种：

1，DRM，主要是只其中的内存管理部分，包括dumb-buffer和GEM(Graphics Execution Manager)的两种类型接口。具体的驱动根据芯片支持情况做实现，并且为用户态提供相应的API。
1.1 dumb-buffer较为通用，分配之后可以做映射处理，获取一个用户态的指针，后续可据此在向图形内存中写入数据，但此种方式不能保证图形内存中数据缓存的一致性。其一般使用流程是

a) open() drm 设备节点，多是 /dev/dri/card0 等，得到设备操作fd句柄

b) ioctl(fd, DRM_IOCTL_MODE_CREATE_DUMB, )创建一个 dumb-buffer ，获取buffer句柄。需要指定 宽高/BPP 等参数

c) ioctl(fd, DRM_IOCTL_MODE_MAP_DUMB, ) 根据该buffer对象的伪offset

d) mmap(, offset) 将该buffer对象映射到用户态，获得一个指针，后续就可以向其中写入数据了

e) ioctl(fd, DRM_IOCTL_MODE_DESTROY_DUMB, ) 销毁 dumb-buffer 对象

1.2 GEM除了dumb-buffer所提供的功能外，对于创建和读写操作，厂商多是额外提供专有的API来进行，如此完成读写的同时，可以在其中进行缓存一致性的操作；而且GEM可以为每个Buffer对象分配一个32bit的名字，用于跨进程传递。
其使用流程一般是，以 Intel i915 系列平台威力

a) open() drm 设备节点，多是 /dev/dri/card0 等，得到设备操作fd句柄

b) ioctl(fd, DRM_IOCTL_I915_GEM_CREATE, struct drm_i915_gem_create) 创建一个 GEM buffer对象，获取其 handle，简单指定尺寸即可。

c) ioctl(fd, DRM_IOCTL_I915_GEM_PREAD, struct drm_i915_gem_pread)/ioctl(fd, DRM_IOCTL_I915_GEM_PWRITE, struct drm_i915_gem_pwrite)进行读写，可以保证缓存一致性
ioctl(fd, DRM_IOCTL_I915_GEM_MMAP, struct drm_i915_gem_mmap) 获取一个用户态的映射指针，不保证缓存一致性

d) ioctl(fd, DRM_IOCTL_GEM_CLOSE, struct drm_gem_close) 释放刚才的 GEM buffer对象

获取GEM Buffer对象名，以及跨进程传递流程如下

a) ioctl(fd, DRM_IOCTL_GEM_FLINK, struct drm_gem_flink) 获取 GEM Buffer 的名字

b) ioctl(fd, DRM_IOCTL_GEM_OPEN, struct drm_gem_open) 根据名字，获取对应 GEM Buffer对象在当前进程内的 handle

GEM Buffer对象实现是引用计数的，当所有用户态handle全部关闭时，其才被真正释放。

2，ION
ION是Google提出的一套纯粹的图形内存管理API，在现在Android系统中支持的比较广泛。其使用方式和GEM有些类似，也可以跨进程传递Buffer句柄，来将不同的图形任务分散到不同的进程中进行(Android系统实际上就是这么做的)
其基本使用流程为

a) open() drm 设备节点，多是 /dev/ion，得到设备操作fd句柄

b) ioctl(fd, ION_IOC_ALLOC, struct ion_allocation_data) 分配，返回 struct ion_handle，简单指定尺寸信息即可。

b) ioctl(fd, ION_IOC_FREE, struct ion_handle_data) 释放

c) ioctl(fd, ION_IOC_SHARE, struct ion_fd_data)/ioctl(fd, ION_IOC_MAP, struct ion_fd_data) 返回 ION Buffer对象的 fd 表示，
后续可用此 fd 调用 mmap() 获取用户天指针，或跨进程传递

d) ioctl(fd, ION_IOC_IMPORT, struct ion_fd_data) 根据别处提供的fd，获取本地的 struct ion_handle

e) ioctl(fd, ION_IOC_SYNC, struct ion_fd_data) 对 ION Buffer做缓存刷新，保证一致性。

3, 厂商私有的API
3.1 Allwinner A20平台，其硬件编解码单元cedar，在用户态的提供的图形内存的接口就是一套私有的API，具体请见 https://github.com/allwinner-zh/media-codec/tree/master/sunxi-cedarx/SOURCE/common
其提供的API具体访问的设备节点是 /dev/cedar_dev, 详情见 ve.h/ve_alloc.h 中的API和对应实现。
3.2 Intel HD系列集成GPU平台，其图形内存的管理API是在libva中，具体硬件访问是在 libva 的用户态后端 vaapi-driver 中进行的。
其中使用 VASurface 名词表示图形内存对象，其创建是需要制定 宽高/像素格式 基本参数。其使用时需要先获取一个 VADisplay 对象，而获取该对象的入口在 Android/DRM/Wayland 不同的显示后端上有不同入口。详细见libva 的API说明。

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