• 本文针对不同的compositor，浅析egl+opengles+gbm搭配使用情况；

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陈梓归2022-11-15V1.0第一个版本

1. 前言

1.1 问题一：是不是调用eglSwapBuffers函数以后图像就直接显示到屏幕上了？

1.2 问题二：EGL基本使用流程，EGL搭配GBM上屏显示基本流程？

1.3 问题三： 什么是off-screen，如何进行off-screen？

1.4 问题四：接着问题三、如何理解Texture、FBO、RenderBuffer在合成器中的作用；

2. EGL

  • EGL是Khronos渲染API（如OpenGL、OpenGL ES或OpenVG）与底层本地平台(窗口)系统之间的接口。
    • 简单理解：OpenGL是图形渲染的API，提供了一套统一的接口来达到跨平台的目的，但是光有OpenGL渲染的API还是不行，还需要有渲染环境的支持，而每个不同的操作系统(如windows、 linux、 android等)都有自己的一套窗口管理系统;
      • 假如对不同操作系统都适配一套接口，那就和OpenGL的跨平台初衷相违背了。
      • 所以EGL就是定义了一套标准，来构建不同平台的窗口系统的渲染环境。
    • EGL主要功能：处理图形上下文管理、Buffer管理和渲染同步
      在这里插入图片描述

  • 简介：

    • Display (EGLDisplay): 对实际显示设备/窗口系统的抽象；
    • Surface (EGLSurface): 存储图像的内存区域；
    • Context (EGLContext): 存储渲染API的状态信息；

  • 一套标准的EGL绘制流程简介：

    • 这里只考虑标准绘制情况，还不考虑扩展等特殊情况，特殊情况后面会详解；

在这里插入图片描述
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1.  获取 EGL Display 对象：eglGetDisplay
2.  初始化与 EGLDisplay 之间的连接：eglInitialize
3.  获取 EGLConfig 对象：eglChooseConfig / eglGetconfigs
4.  创建 EGLContext 实例：eglCreateContext
5.  创建 EGLSurface 实例：eglCreatewindowSurface / eglCratePbufferSurface
6.  连接 EGLContext 和 EGLSurface 上下文: eglMakeCurrent 
7.  使用 OpenGL ES API 绘制图形：gl_*
8.  切换 front buffer 和 back buffer 显示：eglSwapBuffer
9.  断开并释放与 EGLSurface 关联的 EGLContext 对象：eglRelease
10. 删除 EGLSurface 对象
11. 删除 EGLContext 对象
12. 终止与 EGLDisplay 之间的连接

2.1 获取Display的三种方式

  • EGLDisplay eglGetDisplay(NativeDisplayType native_display)

  • EGLDisplay eglGetPlatformDisplay( EGLenum platform, void * native_display, const EGLAttrib * attrib_list);

  • EGLDisplay eglGetPlatformDisplayEXT( EGLenum platform, void *native_display, const EGLint *attrib_list);

  • 以上三种用法基本一致:

    • 特别是 EGLDisplay eglGetPlatformDisplay 和EGLDisplay eglGetPlatformDisplayEXT

      • 一个是在EGL 1.5以上版本引入，一个是1.4版本的扩展引入；

  • 它们与EGLDisplay eglGetDisplay(NativeDisplayType native_display);细微区别；

    • eglGetDisplay会根据现在的环境来决定默认的原生窗口系统，其他两个需要手动指定平台；

  • compositor运行相当于是裸机运行没有窗口环境，首先必须通过GBM或者EGL_PLATFORM_DEVICE_EXT扩展这两种方式来获取EGLDisplay;

    • 补充GBM概念: 基于GEM/TTM的驱动对外是没有提供统一的内存管理接口的，至少Buffer Object创建销毁等操作是需要自行提供设备相关的即口进行实现的。
      • 用户态没有统一的接口对缓冲区进行管理，这导致某些特定用户态程序的开发的困难，如wayland compositor。
      • 简单的说GBM就是为了实现DRM(gbm_device)作为EGL的本地平台，创建的句柄可以用来初始化EGL和创建渲染目标缓冲区
    • 以GBM平台为例：
    
// get gdm_device
// path = "/dev/dri/renderD128" / "dev/dri/card0"
egl_gbm.render_fd = open(path, O_RDWR|O_CLOEXEC);
assert(-1 != egl_gbm.render_fd);
egl_gbm.gbm_device = gbm_create_device(egl_gbm.render_fd);
assert(NULL != egl_gbm.gbm_device);

// get display
1. egl_gbm.display = eglGetDisplay((EGLNativeDisplayType)egl_gbm.gbm_device);

2. egl_gbm.display = eglGetPlatformDisplay(EGL_PLATFORM_GBM_KHR, egl_gbm.gbm_device, NULL);

3. egl_gbm.display = eglGetPlatformDisplayEXT(EGL_PLATFORM_GBM_MESA, egl_gbm.gbm_device, NULL);

// wlroots里面从严谨性来说，通过GBM获取EGL Display的时候，eglGetPlatformDisplayEXT后面的参数应该是EGL_PLATFORM_GBM_MESA而不是EGL_PLATFORM_GBM_KHR；

  • 相关EGL支持platform：

    • EGL_PLATFORM_DEVICE_EXT 0x313F

    • EGL_PLATFORM_GBM_KHR / EGL_PLATFORM_GBM_MESA 0x31D7

      • To obtain an EGLDisplay from an GBM device, call eglGetPlatformDisplay with <platform> set to EGL_PLATFORM_GBM_KHR.
      • To obtain an EGLDisplay from an GBM device, call eglGetPlatformDisplayEXT with<platform> set to EGL_PLATFORM_GBM_MESA.

    • EGL_PLATFORM_WAYLAND_KHR / EGL_PLATFORM_WAYLAND_EXT 0x31D8

      • To obtain an EGLDisplay backed by a Wayland display, call eglGetPlatformDisplay with <platform> set to EGL_PLATFORM_WAYLAND_KHR.
      • To obtain an EGLDisplay backed by a Wayland display, call eglGetPlatformDisplayEXT with <platform> set to EGL_PLATFORM_WAYLAND_EXT.

    • EGL_PLATFORM_X11_KHR / EGL_PLATFORM_X11_EXT 0x31D5

      • To obtain an EGLDisplay backed by an X11 screen, call eglGetPlatformDisplay with <platform> set to EGL_PLATFORM_X11_KHR.
      • To obtain an EGLDisplay backed by an X11 screen, call eglGetPlatformDisplayEXT with <platform> set to EGL_PLATFORM_X11_EXT.

  • 补充：

    • KHR和EXT扩展，在使用上没有任何区别，只是EGL版本的历史兼容缘故；

2.2 Config and Attribute

2.2.1 EGL Config Attribute

  • Config属性一般只用于创建Surface和Context
Config AttributeDescribeDefault Value
EGL_BUFFER_SIZE颜色缓冲区中所有颜色分量的位数0
EGL_RED_SIZE颜色缓冲区中红色分量的位数0
EGL_GREEN_SIZE颜色缓冲区中绿色分量的位数0
EGL_BLUE_SIZE颜色缓冲区中蓝色分量的位数0
EGL_ALPHA_SIZE颜色缓冲区中Alpha值位数0
EGL_LUMINANCE_SIZE颜色缓冲区中亮度位数0
EGL_COLOR_BUFFER_TYPE颜色缓冲区类型：EGL_RGB_BUFFER / EGL_LUMINANCE_BUFFEREGL_RGB_BUFFER
EGL_CONFIG_ID唯一的EGLConfig标识符值EGL_DONT_CARE
EGL_DEPTH_SIZE深度缓冲区位数0
EGL_STENCIL_SIZE模版缓冲区位数0
EGL_SURFACE_TYPE支持的表面类型：EGL_WINDOW_BIT、EGL_PBUFFER_BIT、EGL_PIXMAP_BITEGL_WINDOW_BIT
EGL_RENDERABLE_TYPE支持的渲染接口：EGL_OPENGL_ES_BIT、EGL_OPENGL_ES2_BIT、EGL_OPENGL_ES3_BIT(KHR)、EGL_OPENGL_BITEGL_OPENGL_ES_BIT
  • 配置选择流程
    // 这是我们对配置的需求
    const EGLint config_attribs[] = {
        EGL_BUFFER_SIZE, 32, // color component bit 32
        EGL_DEPTH_SIZE, EGL_DONT_CARE,
        EGL_STENCIL_SIZE, EGL_DONT_CARE,
        EGL_SURFACE_TYPE, EGL_WINDOW_BIT,
        EGL_RED_SIZE, 8,
        EGL_GREEN_SIZE, 8,
        EGL_BLUE_SIZE, 8,
        EGL_ALPHA_SIZE, 8,
        EGL_RENDERABLE_TYPE, EGL_OPENGL_ES2_BIT,
        EGL_NONE,
    };
    EGLint max_num_configs, num_configs, config_index;
    // 1. 获取此Display支持的可用的configs组数量； 140
    if (!eglGetConfigs(display, NULL, 0, &max_num_configs)) {
        fake_log(ERROR, "Failed to get display configs");
        return false;
    }
    fake_log(INFO, "Display config max num = %d", max_num_configs);
    // 2. 获取匹配我们需求的configs配置组； 20 
    EGLConfig *configs = malloc(num_configs * sizeof(EGLConfig));
    if (!eglChooseConfig(display, config_attribs, configs, max_num_configs,
                         &num_configs)) {
        fake_log(ERROR, "Failed to choose specify configs");
        return false;
    }
    fake_log(INFO, "匹配 config_attribs Display choose config num = %d",
             num_configs);
    // 3. 在我们匹配的配置组里面，在匹配一下我们的格式需求，确定最终的配置；[20]
    config_index = match_config_to_visual(display, GBM_FORMAT_ARGB8888, configs,
                                          num_configs);

// ---- 
static int match_config_to_visual(EGLDisplay egl_display, EGLint visual_id,
                                  EGLConfig *configs, int count) {
    EGLint id;
    for (int i = 0; i < count; ++i) {
        if (!eglGetConfigAttrib(egl_display, configs[i], EGL_NATIVE_VISUAL_ID,
                                &id))
            continue;
        if (id == visual_id)
            return i;
    }
    return -1;
}

2.2.2 EGL Additional Attribute

  • 附加属性，是针对不同的egl函数所设置的需求属性；
2.2.2.1 Context
  • Egl Context上下文包含了操作所需的所有状态信息，OpenGL ES 必须有一个可用的上下文 EGLContext 才能进行绘图。
    • 如果没有 EGLContext ，OpenGL或者Opengles就没有执行的环境
标志描述默认
EGL_CONTEXT_CLIENT_VERSION指定所使用的OpenGLES版本相关的上下文类型1
/*
EGL_CONTEXT_CLIENT_VERSION, 3, //使用OpenGL ES 3.0 版本 API
EGL_CONTEXT_CLIENT_VERSION, 2, //使用OpenGL ES 2.0版本 API
EGL_CONTEXT_CLIENT_VERSION, 1, //使用OpenGL ES 1.0版本 API
*/
const ELGint attribList[] = {
    EGL_CONTEXT_CLIENT_VERSION, 2, //使用OpenGL ES 2.0 版本 API
    EGL_NONE
};
egl_gbm.context = eglCreateContext(egl_gbm.display, configs[config_index],
                                       EGL_NO_CONTEXT, attribs);
2.2.2.2 WindowSurface
标志描述默认
EGL_RENDER__BUFFER指定渲染所用的缓冲区
EGL_BACK_BUFFER
EGL_SINGLE_BUFFER		EGL_BACK_BUFFER
    // use surface specify config
    const EGLint attribList[] = {
        EGL_RENDER_BUFFER, EGL_BACK_BUFFER,
        EGL_NONE,
    };
// attribList
    egl_gbm.window_surface = egl_gbm.procs.eglCreatePlatformWindowSurfaceEXT(
        egl_gbm.display, configs[config_index], egl_gbm.gbm_surface,
        attribList);
2.2.2.3 PbufferSurface
标志描述默认
EGL_WIDTH指定Pbuffer的宽度0
EGL_HEIGHT指定Pbuffer的高度0
EGL_LARGEST_PBUFFER如果请求的大小不可用，则选择内部最大的可用pbuffer大小EGL_FALSE
EGL_TEXTURE_FORMAT如果pbuffer绑定到一个纹理贴图指定的纹理格式类型
EGL_TEXTURE_RGB
EGL_TEXTURE_RGBA
EGL_NO_TEXTURE		EGL_NO_TEXTURE
EGL_TEXTURE_TARGET指定Pbuffer作为纹理贴图时应该连接到的相关纹理目标
EGL_TEXTURE_2D
EGL_NO_TEXTURE		EGL_NO_TEXTURE

	EGLint pbuffer_attribs[] = {
		EGL_WIDTH, 512,
		EGL_HEIGHT, 512,
		EGL_LARGEST_BUFFER, EGL_TRUE,
		EGL_NONE
	};

egl_gbm.pbuffer_surface = eglCreatePbufferSurface(egl_gbm.display, pbuffer_configs, pbuffer_attribList);

2.3 EGLSurface

2.3.1 Surface基本概念

  • Surface是一个抽象的概念，可以理解成一个容器对象，里面附着有不同的buffer用于显示提交；

    • buffer: color buffer(颜色缓冲)、depth buffer(深度缓冲)、stencil buffer(模板缓冲)

  • EGL中一共有三种Surface

    • WindowSurface

      • 顾名思义WindowSurface是和窗口相关的，也就是在屏幕上的一块显示存储的封装，渲染后即显示在界面上。
      • eglCreateWindowSurface
        • EGLSurface eglCreateWindowSurface( EGLDisplay display, EGLConfig config, NativeWindowType native_window, EGLint const * attrib_list);
      • eglCreatePlatformWindowSurface
        • EGLSurface eglCreatePlatformWindowSurface( EGLDisplay display, EGLConfig config, void * native_window, EGLAttrib const * attrib_list);
      • eglCreatePlatformWindowSurfaceEXT
        • EGLSurface eglCreatePlatformWindowSurfaceEXT( EGLDisplay dpy, EGLConfig config, void *native_window, const EGLint *attrib_list);
        • EGL_EXT_platform_base

    • PbufferSurface

      • 在显存中开辟一个空间，将渲染后的数据(帧)存放在这里。
      • eglCreatePbufferSurface
        • EGLSurface eglCreatePbufferSurface( EGLDisplay display, EGLConfig config, EGLint const * attrib_list);

    • PixmapSurface

      • 以位图的形式存放在内存中，各平台的支持很差。
      • eglCreatePixmapSurface
        • EGLSurface eglCreatePixmapSurface( EGLDisplay display, EGLConfig config, NativePixmapType native_pixmap, EGLint const * attrib_list);
      • eglCreatePlatformPixmapSurface
        • EGLSurface eglCreatePlatformPixmapSurface( EGLDisplay display, EGLConfig config, void * native_pixmap, EGLint const * attrib_list);
类型绑定本地窗口句柄绑定本地类型缓冲区缓冲区备注
window surface是否多缓冲区包括front buffer and back buffer； 默认在backbuffer中渲染，需要通过eglSwapBuffer来把渲染的结果显示到屏幕。 也有EGL_RENDER_TYPE可设置为EGL_SINGLE_BUFFER但这个要看ES的实现。一般无效；
PBuffer否否单缓冲区不绑定任何本地的东西。需要指定EGL_WIDTH,EGL_HEIGHT参数，来创建对应的大小。不可以被显示，调用eglSwapBuffer是无效的。这种缓冲区可以直接用作纹理数据;
pixmapbuffer否是(NativePixmapType)单缓冲区一个Pixmap代表内存中的一张图片，如要上屏显示需转换成纹理

GBM Platform平台设备只支持window surface，下面我们GBM Platform Device为例子来进行创建：

  • 简而言之：gbm_surface -> egl_window_surface
// create gbm device and gbm surface
egl_gbm.gbm_device = gbm_create_device(gbm_fd);
assert(NULL != egl_gbm.gbm_device);

egl_gbm.gbm_surface = gbm_surface_create(egl_gbm.gbm_device, egl_gbm.mode.hdisplay, egl_gbm.mode.vdisplay,
        GBM_FORMAT_XRGB8888, GBM_BO_USE_SCANOUT | GBM_BO_USE_RENDERING);
 assert(NULL != egl_gbm.gbm_surface);

// get window_surface, 三者区别同Display不再叙述；
1. egl_gbm.window_surface = eglCreateWindowSurface(egl_gbm.display,configs[config_index], (EGLNativeWindowType)egl_gbm.gbm_surface,attribList);

2. egl_gbm.window_surface = eglCreatePlatformWindowSurface(egl_gbm.display, configs[config_index],egl_gbm.gbm_surface, (EGLAttrib *)attribList);

3. egl_gbm.window_surface = egl_gbm.procs.eglCreatePlatformWindowSurfaceEXT(egl_gbm.display, configs[config_index], egl_gbm.gbm_surface,attribList);

// create context
egl_gbm.context = eglCreateContext(egl_gbm.display, configs[config_index], EGL_NO_CONTEXT, attribs);

// draw_color_use_window_surface
eglMakeCurrent(egl_gbm.display, egl_gbm.window_surface,
               egl_gbm.window_surface, egl_gbm.context);
glClearColor(1.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f);
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
eglSwapBuffers(egl_gbm.display, egl_gbm.window_surface);

// scan_output_surface_to_display
	drmModeSetCrtc
// read_output_surface_to_file
	glReadPixels

// read_output_surface_to_texture --- need opengl es 3.0
	glReadBuffer(GL_BACK)
	glCopyTexImage2D

2.3.2 eglSwapBuffers作用

  • 好，我们来回答问题一：是不是调用eglSwapBuffers函数以后图像就直接显示到屏幕上了？

    2.3.2.1 Mesa中的eglSwapBuffers

在这里插入图片描述

// color buffer就是我们用来渲染和送显的buffer
// 最大四个
#if defined(HAVE_WAYLAND_PLATFORM) || defined(HAVE_DRM_PLATFORM)
   struct {
#ifdef HAVE_WAYLAND_PLATFORM
      struct wl_buffer *wl_buffer;
      bool wl_release;
      __DRIimage *dri_image;
      /* for is_different_gpu case. NULL else */
      __DRIimage *linear_copy;
      /* for swrast */
      void *data;
      int data_size;
#endif
#ifdef HAVE_DRM_PLATFORM
      struct gbm_bo *bo;
#endif
      bool locked;
      int age;
   } color_buffers[4], *back, *current;
#endif

// GBM平台，eglSwapBuffers最终就调用dri2_drm_swap_buffers
// 第一次进来get_back_bo是小于0的，就会进去申请buffer；
static EGLBoolean
dri2_drm_swap_buffers(_EGLDisplay *disp, _EGLSurface *draw)
{
   struct dri2_egl_display *dri2_dpy = dri2_egl_display(disp);
   struct dri2_egl_surface *dri2_surf = dri2_egl_surface(draw);

   if (!dri2_dpy->flush) {
      dri2_dpy->core->swapBuffers(dri2_surf->dri_drawable);
      return EGL_TRUE;
   }

   if (dri2_surf->current)
      _eglError(EGL_BAD_SURFACE, "dri2_swap_buffers");
   for (unsigned i = 0; i < ARRAY_SIZE(dri2_surf->color_buffers); i++)
      if (dri2_surf->color_buffers[i].age > 0)
         dri2_surf->color_buffers[i].age++;

   /* Make sure we have a back buffer in case we're swapping without
    * ever rendering. */
   if (get_back_bo(dri2_surf) < 0)
      return _eglError(EGL_BAD_ALLOC, "dri2_swap_buffers");

   dri2_surf->current = dri2_surf->back;
   dri2_surf->current->age = 1;
   dri2_surf->back = NULL;

   dri2_flush_drawable_for_swapbuffers(disp, draw);
   dri2_dpy->flush->invalidate(dri2_surf->dri_drawable);

   return EGL_TRUE;
}


static int
get_back_bo(struct dri2_egl_surface *dri2_surf)
{
   struct dri2_egl_display *dri2_dpy =
      dri2_egl_display(dri2_surf->base.Resource.Display);
   struct gbm_dri_surface *surf = dri2_surf->gbm_surf;
   int age = 0;

   if (dri2_surf->back == NULL) {
      for (unsigned i = 0; i < ARRAY_SIZE(dri2_surf->color_buffers); i++) {
	 if (!dri2_surf->color_buffers[i].locked &&
	      dri2_surf->color_buffers[i].age >= age) {
	    dri2_surf->back = &dri2_surf->color_buffers[i];
	    age = dri2_surf->color_buffers[i].age;
	 }
      }
   }

   if (dri2_surf->back == NULL)
      return -1;
   if (dri2_surf->back->bo == NULL) {
      if (surf->base.v0.modifiers)
         dri2_surf->back->bo = gbm_bo_create_with_modifiers(&dri2_dpy->gbm_dri->base,
                                                            surf->base.v0.width,
                                                            surf->base.v0.height,
                                                            surf->base.v0.format,
                                                            surf->base.v0.modifiers,
                                                            surf->base.v0.count);
      else {
         unsigned flags = surf->base.v0.flags;
         if (dri2_surf->base.ProtectedContent)
            flags |= GBM_BO_USE_PROTECTED;
         dri2_surf->back->bo = gbm_bo_create(&dri2_dpy->gbm_dri->base,
                                             surf->base.v0.width,
                                             surf->base.v0.height,
                                             surf->base.v0.format,
                                             flags);
      }

   }
   if (dri2_surf->back->bo == NULL)
      return -1;

   return 0;
}
2.3.2.2 问题一的回答，eglSwapBuffers的在上层的作用？

  • 通过mesa代码可以看出，简单来说eglSwapBuffers = gbm_bo_create + get_back_bo(第一次拿到为NULL，就会调用bo_create去创建) + glFlush

  • 实际上eglSwapBuffers函数执行以后，只是提示上层(一般是compositor)有输出buffer可以用了，这个时候是把输出buffer显示到屏幕上还是输出到文件或者其他地方，由上层策略来决定；

    • 1. 如果显示到屏幕上这一种就是kwin和weston这两种compositor的底层送显方式；

      • scan_output_surface_to_display()

            eglMakeCurrent(egl_gbm.display, egl_gbm.window_surface,
       egl_gbm.window_surface, egl_gbm.context);
    egl_gbm.gbm_bo = gbm_surface_lock_front_buffer(egl_gbm.gbm_surface);
    egl_gbm.handle = gbm_bo_get_handle(egl_gbm.gbm_bo).u32;
    egl_gbm.pitch =
        gbm_bo_get_stride(egl_gbm.gbm_bo); // pitch = mode.hdisplay * 4
    // fake_log(ERROR, "handle = %d pitch = %d", egl_gbm.handle, egl_gbm.pitch);
    drmModeAddFB(egl_gbm.card_fd, egl_gbm.mode.hdisplay, egl_gbm.mode.vdisplay,
                 24, 32, egl_gbm.pitch, egl_gbm.handle, &egl_gbm.fb_id);
    drmModeSetCrtc(egl_gbm.card_fd, egl_gbm.crtc->crtc_id, egl_gbm.fb_id, 0, 0,
                   &egl_gbm.connector_id, 1, &egl_gbm.mode);

      • 这里补充一个点，关于之前提到的card节点即可渲染又可送显，render节点只能渲染，这里有很好的体现：

        fdcreate gbm bo / gbm surfacedrmModeSetCrtc
        cardGBM_BO_USE_SCANOUT | GBM_BO_USE_RENDERINGyes
        cardGBM_BO_USE_RENDERING no
        renderGBM_BO_USE_SCANOUT | GBM_BO_USE_RENDERINGno
        renderGBM_BO_USE_RENDERINGno

    • 2. 如果输出到其他地方，就是后面要说的off-screen;

      • 2.1 到内存,read_output_surface_to_file：

        eglMakeCurrent(egl_gbm.display, egl_gbm.window_surface,
       egl_gbm.window_surface, egl_gbm.context);
static FILE *file = NULL;
static GLbyte *pbits = NULL;  /* CPU memory to save image */
static uint32_t frame_cnt = 0;
uint32_t frame_size = 10 * 10 * 4;
if (!file) {
   file = fopen("rgba.bin", "w+");
   assert(file);
   pbits = (GLbyte *)malloc(frame_size);
   assert(pbits);
}
glReadPixels(0, 0, 10, 10, GL_RGBA, GL_UNSIGNED_BYTE, pbits);
size_t ret = fwrite(pbits, 1, frame_size, file);

      • 2.2 到纹理，window buffer到纹理需要OpenglES3.0才支持

         glReadBuffer(GL_BACK)
   glCopyTexImage2D
2.3.2.3 问题二的回答，总结wayland中使用EGL上屏显示流程
waylandGBMSurfacescanout buffer关联
Weston / Kwingbm_surfaceegl_surfaceeglSwapBuffer
Wlrootsgbm_bonoEglImage + glEGLImageTargetRenderbufferStorageOES（FBO）《— attach — 》gbm_bo
  • 通过以前的KMS讲解我们知道：
    • 上屏显示就是将我们想要输出屏幕的内容弄到一个Framebuffer中，然后调用KMS API进行送显；
    • 那么我们在Compositor怎么使用Opengl / Opengl Es 将内容渲染到一个scanout buffer中？

      • off-screen渲染中间过程，比如使用FBO，或者Pbuffer等，不再这里考虑中(后面会详解)，这里只考虑Compositor最后的送显；

      • 1. weston/kwin中采用的方式：

        • GBM_Surface + Window_Surface + eglMakeCurrent(Surface和Context配置信息匹配的话，就关联上了scanout buffer) + eglSwapBuffer

      • 2. wlroots中采用的方式：

        • GBM_BO + EGL_KHR_no_config_context + EGL_KHR_surfaceless_context + EGLImageKHR
          在这里插入图片描述
2.3.2.4 补充wayland中的buffer协议抽象
GlobalGlobal CreateGlobal Bind
wl_shmcompositorclient/libEGL.so
wl_drm / mali_buffer_sharinglibEGL.solibEGL.so
zwp_linux_dmabuf_v1compositorclient/libEGL.so

  • 稍微补充：

    • libEGL.so如何创建和绑定global？
    • 创建：
      • wayland server调用BindWaylandDisplayWL -> libEGL_mesa.so / libEGL_mali.so -> 注册wl_drm / mali_buffer_sharing的global；
    • 绑定：
      • wayland client调用eglInitialize -> libEGL_mesa.so / libEGL_mali.so -> 绑定 wl_drm / mali_buffer_sharing的global;

  • 一共三种：

    • 第一种：wh_shm
      • 这种方式是通过共享内存的方式来实现客户端和Compositor之间的共享，通过这种方式分配的内存是物理不连续的，这种方式一般用于采用软件绘制的情况；而且当buffer在客户端绘制完成以后，通知Compositor开始合成，需要通过glTexImage2D()函数把buffer内容转成纹理上传到GPU中，这样的话性能是会受到影响的，因为纹理上传一般是比较耗时的操作。
    • 第二种：wl_drm
      • 这种方式通过EGL中的Window_Surface(Wayland Display)和eglSwapBuffer来保证客户端渲染buffer的创建和传递，然后客户端开始绘制，绘制完成以后，合成器拿到客户端输出buffer通过eglCreateImageKHR(EGL_WAYLAND_BUFFER_WL)接口创建EGLImage，这个EGLImage可以直接作为Compositor的输入纹理来使用，不需要额外的拷贝工作。
    • 第三种: zwp_linux_dmabuf_v1
      • 这种方式和第二种类似，区别在于合成器创建EGLImage后面的参数是eglCreateImageKHR(EGL_LINUX_DMA_BUF_EXT)
        • 需要通过zwp_linux_dmabuf_v1协议来协商底层gbm_bo(dma-buf)的格式，第二种和第三种就是我们说的Buffer Zero Copying；
      • 关于协议使用可见Weston中dmabuf client使用分析
        • https://blog.csdn.net/u012839187/article/details/107535495
      • Buffer Zero Copying

  • 关于三者详解以后有时间会单独写一篇适配文档单独说明😄

3.离屏渲染

3.1 定义

  • 广义来说
    • 如果要在显示屏上显示内容，我们至少需要一块与屏幕像素数据量一样大的frame buffer，作为像素数据存储区域，而这也是GPU存储渲染结果的地方。
    • 如果有时因为面临一些限制，无法把渲染结果直接写入framebuffer，而是先暂存在另外的区域，之后再写入frame buffer，那么这个过程被称之为离屏渲染。
      在这里插入图片描述
  • 狭义来说off-screen就是先将内容渲染到纹理或者渲染缓冲区，然后再输出到scanout buffer进行送显；
    • 应用场景的区别在于内容渲染如何到纹理
      • 由于我们只会用到颜色缓冲区，所以纹理和渲染缓冲区没有区别
      • 当使用模板、深度缓冲区以及多重采样时，会有性能上的提升；(老外说的，待研究)

3.２ 纹理

3.2.1 再谈概念

  • 纹理几个概念傻傻分不清楚：
    • 纹理目标：GL_TEXTURE_2D、TEXTURE_EXTERNAL_OES等;
    • 纹理对象：纹理对象只是一个容器对象，容器内开始并没有东西(类似于FBO概念)，我们生成纹理数据保存进去;
    • 纹理单元：GL_TEXTURE0-32，++纹理单元可以理解成通道，将数据传递到shader的通道++；
      • 每一个纹理单元可以指定一个纹理目标：一般是GL_TEXTURE_1D, 2D, 3D or CUBE_MAP之一
  • 可以这样理解：
    1. 一个纹理单元就是一把左轮手枪
    2. 支持的几种纹理目标就是手枪的弹孔标号，当前选定的纹理目标就是手枪正对弹膛的单孔
    3. 纹理对象就是子弹(纹理对象ID就是子弹标号)；
      • 子弹打出来就直接到采样器进行shader采样；
        在这里插入图片描述

3.2.2 如何渲染到纹理

  • 方式一：
    • 通过绘制到窗口系统提供的帧缓冲区(Window_Surface)，然后将帧缓冲区的对应后缓冲区域复制到纹理来实现渲染到纹理；
      • API：glReadBuffer、glCopyTex(Sub)Image2D
  • 方式二：

3.2.3 引入FBO

  • 问题：
      1. 当我们使用方式一的时候，有一个弊端，只能在纹理尺寸小于等于窗口缓冲区尺寸才有效；
      1. 当我们使用方式二的时候，我们知道，窗口系统提供的表面必须连接到一个渲染上下文，使用pbuffer表面也需要一个渲染上下文，那么上下文频繁的切换会造成效率的低下；
      1. 再补充一个问题，如何将一个纹理拷贝到另一个纹理；

3.3 FBO

  • 为了解决上面的弊端，我们就需要引入FBO；

3.3.1 概念

  • FBO（Frame Buffer Object）即帧缓冲区对象，实际上是一个可添加缓冲区的容器，可以为其添加纹理或渲染缓冲区对象（RBO）。
    • FBO 本身不能用于渲染，只有添加了纹理或者渲染缓冲区之后才能作为渲染目标，它仅且提供了 3 个附着（Attachment），分别是颜色附着、深度附着和模板附着。
      在这里插入图片描述

3.3.2 附着Texture Image应用

static void draw_color_to_fbo_texture(){

    // Texture
    //off_screen_context
    static const EGLint context_attribs[] = {
        EGL_CONTEXT_CLIENT_VERSION, 2,
        EGL_NONE
    };
    // 1. 可以看到我们创建的上下文是没有表面信息和配置信息的，不会造成切换的效率问题；
    egl_gbm.off_screen_context = eglCreateContext(egl_gbm.display, EGL_NO_CONFIG_KHR, EGL_NO_CONTEXT, context_attribs);
    eglMakeCurrent(egl_gbm.display, EGL_NO_SURFACE, EGL_NO_SURFACE,
            egl_gbm.off_screen_context);

    // 激活纹理单元(通道)－激活手枪
    glActiveTexture(GL_TEXTURE0)
    // 生成纹理对象－生成子弹
    glGenTextures(1, &egl_gbm.texture_target_1);
    // 绑定纹理目标 - 子弹放入弹孔
    glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, egl_gbm.texture_target_1);
    glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D, 0, GL_RGBA, egl_gbm.mode.hdisplay, egl_gbm.mode.vdisplay, 0, GL_RGBA, GL_UNSIGNED_BYTE, NULL);

    // Fbo
    glGenFramebuffers(1, &egl_gbm.fbo);
    glBindFramebuffer(GL_FRAMEBUFFER, egl_gbm.fbo);
    glFramebufferTexture2D(GL_FRAMEBUFFER, GL_COLOR_ATTACHMENT0, GL_TEXTURE_2D, egl_gbm.texture_target_1, 0);

    if (glCheckFramebufferStatus(GL_FRAMEBUFFER) != GL_FRAMEBUFFER_COMPLETE) {
        fprintf(stderr, "FBO creation failed\n");
    }


    glClearColor(0.0f, 1.0f, 0.0f, 0.0f);
    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
    glFlush();
    read_draw_to_file(EGL_NO_SURFACE, EGL_NO_SURFACE, egl_gbm.off_screen_context);


    glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, 0);
    glBindFramebuffer(GL_FRAMEBUFFER, 0);
    eglMakeCurrent(egl_gbm.display, EGL_NO_SURFACE, EGL_NO_SURFACE,
            EGL_NO_CONTEXT);
}

3.3.3 附着RenderBuffer Image应用

static void draw_color_to_fbo_renderbuffer_display(){

    // dmabuf: create gbm_bo
    egl_gbm.gbm_rbo = gbm_bo_create(
            egl_gbm.gbm_device, egl_gbm.mode.hdisplay, egl_gbm.mode.vdisplay,
            GBM_FORMAT_XRGB8888, GBM_BO_USE_SCANOUT | GBM_BO_USE_RENDERING);
    assert(NULL != egl_gbm.gbm_rbo);
    // RGB plane count = 1
    // YUY may be plane count = 3
    egl_gbm.plane_count = gbm_bo_get_plane_count(egl_gbm.gbm_rbo);
    egl_gbm.strides[0] = gbm_bo_get_stride(egl_gbm.gbm_rbo);
	egl_gbm.dmabuf_fds[0] = gbm_bo_get_fd(egl_gbm.gbm_rbo);
    egl_gbm.offsets[0] = gbm_bo_get_offset(egl_gbm.gbm_rbo,0);
    fake_log(ERROR, "plane_count = %d offset = %d strides = %d dmabuf_fds = %d", egl_gbm.plane_count, egl_gbm.offsets[0], egl_gbm.strides[0], egl_gbm.dmabuf_fds[0]);


   // egl_image create
    const EGLint attribs_test[] = {
        EGL_WIDTH, egl_gbm.mode.hdisplay,
        EGL_HEIGHT, egl_gbm.mode.vdisplay,
        EGL_LINUX_DRM_FOURCC_EXT, GBM_FORMAT_ARGB8888,
        EGL_DMA_BUF_PLANE0_FD_EXT, egl_gbm.dmabuf_fds[0],
        EGL_DMA_BUF_PLANE0_OFFSET_EXT, 0,
        EGL_DMA_BUF_PLANE0_PITCH_EXT, egl_gbm.strides[0],
        EGL_NONE,
    };

    // EGL_KHR_image_base + EGL_EXT_image_dma_buf_import
    egl_gbm.egl_image = egl_gbm.procs.eglCreateImageKHR(egl_gbm.display, EGL_NO_CONTEXT, EGL_LINUX_DMA_BUF_EXT, NULL, attribs_test);
    assert(EGL_NO_IMAGE_KHR != egl_gbm.egl_image);

    // Render Buffer
    //off_screen_context
    static const EGLint context_attribs[] = {
        EGL_CONTEXT_CLIENT_VERSION, 2,
        EGL_NONE
    };
    egl_gbm.off_screen_context = eglCreateContext(egl_gbm.display, EGL_NO_CONFIG_KHR, EGL_NO_CONTEXT, context_attribs);
    eglMakeCurrent(egl_gbm.display, EGL_NO_SURFACE, EGL_NO_SURFACE,
            egl_gbm.off_screen_context);

	glGenRenderbuffers(1, &egl_gbm.renderbuffer);
	glBindRenderbuffer(GL_RENDERBUFFER, egl_gbm.renderbuffer);
    // GL_OES_EGL_image
    gles_fake.procs.glEGLImageTargetRenderbufferStorageOES(GL_RENDERBUFFER, egl_gbm.egl_image);

    // Fbo
    glGenFramebuffers(1, &egl_gbm.fbo);
    glBindFramebuffer(GL_FRAMEBUFFER, egl_gbm.fbo);
    glFramebufferRenderbuffer(GL_FRAMEBUFFER, GL_COLOR_ATTACHMENT0,
            GL_RENDERBUFFER, egl_gbm.renderbuffer);

    if (glCheckFramebufferStatus(GL_FRAMEBUFFER) != GL_FRAMEBUFFER_COMPLETE) {
        fprintf(stderr, "FBO creation failed\n");
    }


    glClearColor(0.0f, 0.0f, 1.0f, 0.0f);
    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
    glFlush();
    read_draw_to_file(EGL_NO_SURFACE, EGL_NO_SURFACE, egl_gbm.off_screen_context);
    egl_gbm.handle = gbm_bo_get_handle(egl_gbm.gbm_rbo).u32;
    egl_gbm.pitch =
        gbm_bo_get_stride(egl_gbm.gbm_rbo); // pitch = mode.hdisplay * 4
    fake_log(ERROR, "handle = %d pitch = %d", egl_gbm.handle, egl_gbm.pitch);
    drmModeAddFB(egl_gbm.card_fd, egl_gbm.mode.hdisplay, egl_gbm.mode.vdisplay,
            24, 32, egl_gbm.pitch, egl_gbm.handle, &egl_gbm.fb_id);
    drmModeSetCrtc(egl_gbm.card_fd, egl_gbm.crtc->crtc_id, egl_gbm.fb_id, 0, 0,
            &egl_gbm.connector_id, 1, &egl_gbm.mode);
    getchar();

    glBindRenderbuffer(GL_RENDERBUFFER, 0);
    glBindFramebuffer(GL_FRAMEBUFFER, 0);
    eglDestroyImage(egl_gbm.display, egl_gbm.egl_image);
    eglMakeCurrent(egl_gbm.display, EGL_NO_SURFACE, EGL_NO_SURFACE,
            EGL_NO_CONTEXT);

}
  • 这一种方法就是wlroots中如何将scanout buffer与render buffer关联起来，并送显的方式！

3.3.4 回答:如何将一个纹理拷贝到另一个纹理?

    1. 添加目标纹理为 FBO 的颜色附着（颜色缓冲区） ，绑定源纹理渲染到目标纹理。
    1. 添加源纹理为 FBO 的颜色附着（颜色缓冲区） , 使用 glCopyTexImage2D 拷贝当前 FBO 的颜色缓冲区到目标纹理。
    1. 通过FBO的块传输glBlitFramebuffer来完成；

完整代码路径：https://github.com/fakeczg/egl_gbm_off_screen

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