はじめに

Lima とは Mali-400/450 用のオープンソースなグラフィックドライバです。筆者は Lima を ZynqMP 向け Ubuntu 22.04 で試験的に動かしてみました。動かすのに少々苦労したので、その方法を何回かに分けて説明します。

概要編
DRM Lima 編(この記事)
DRI Lima 編
共有バッファ編
ストライド問題編
GEM キャッシュ編
インストール編(近日公開)
glmark2編

この記事では DRM Lima を Linux Kernel に組み込む方法を説明します。

なお、この記事は以下の記事のアップデート版です。

『Ultra96/Ultra96-V2 向け Ubuntu20.04で Lima を動かしてみた(DRM Lima 編)』@Qiita

旧記事では、DRM Lima を変更せずに Device Tree を変更する方法を説明していました。この記事では、旧記事とは異なり、Device Tree を変更するのではなく DRM Lima を修正することで Mali Driver 用の Device Tree にも対応する方法について説明します。

DRM Lima とは

DRM Lima はMali-400/450 を制御するための Linux カーネルの DRM(Direct Rendering Manager) ドライバです。DRM ドライバは DRI(Direct Rendering Infrastructure) の Linuxカーネル部分のコンポーネントです。

Fig.1 DRM Lima

DRM Lima のビルド

Kernel への組み込み

Linux Kernel 5.2 からはメインラインに DRM Lima が組み込まれています。ドライバのソースコードは drivers/gpu/drm/lima にあります。

DRM Lima をカーネルに組み込むためには、カーネルコンフィギュレーションファイルにCONFIG_DRM_LIMA=y または CONFIG_DRM_LIMA=m を追加するか、 make menuconfig で Device Drivers > Graphics support > LIMA (DRM support for ARM Mali 400/450 GPU) を選択しておく必要があります。

Device Tree の設定

Xilinx が提供する Linux Kernel の zynqmp 用の Device Tree には次の記述があります。

arch/arm64/boot/dts/xilinx/zynqmp.dtsi

	:
	(中略)
	:
	gpu: gpu@fd4b0000 {
		status = "disabled";
		compatible = "arm,mali-400", "arm,mali-utgard";
		reg = <0x0 0xfd4b0000 0x0 0x10000>;
		interrupt-parent = <&gic>;
		interrupts = <0 132 4>, <0 132 4>, <0 132 4>, <0 132 4>, <0 132 4>, <0 132 4>;
		interrupt-names = "IRQGP", "IRQGPMMU", "IRQPP0", "IRQPPMMU0", "IRQPP1", "IRQPPMMU1";
		clock-names = "gpu", "gpu_pp0", "gpu_pp1";
		power-domains = <&zynqmp_firmware PD_GPU>;
	};
	:
	(後略)

また、Ultra96 用の Device Tree には次の記述があります。

arch/arm64/boot/dts/xilinx/zynqmp-zcu100-revC.dts

/dts-v1/;
#include "zynqmp.dtsi"
	:
	(中略)
	:
&gpu {
	status = "okay";
};
	:
	(後略)

このことから、Ultra96 では GPU は有効になっているはずです。しかし、このままでは DRM Lima は動きません。実は、上で紹介した Device Tree は、DRM Lima 用ではなく Mali Driver 用だからです。

DRM Lima の修正点

前節で説明したように、Xilinx が提供する Device Tree では DRM Lima は動きません。そこで DRM Lima を Mali 用の Device Tree でも動作するように修正します。

Device Tree ID の変更

まず、Device Tree をロードする際にトリガーとなる Device Tree 上の ID の名前を変更できるようにしておきます。この理由は、本来の Mali ドライバを組み込む必要が出てきた際に、Device Tree ID が同じだとコンフリクトするので、それを防ぐためです。ここでは、 Linux Kernel のビルド時に設定したり、Kernel Module Parameter で指定できるようにします。

具体的には次のように drivers/gpu/drm/lima/lima_drv.c を修正します。

drivers/gpu/drm/lima/lima_drv.c

#ifdef CONFIG_DRM_LIMA_OF_ID_PREFIX
#define OF_ID_PREFIX CONFIG_DRM_LIMA_OF_ID_PREFIX
#else
#define OF_ID_PREFIX "arm,mali-"
#endif
#ifdef CONFIG_DRM_LIMA_OF_ID_PARAMETERIZE
static struct of_device_id dt_match[] = {
	{ .compatible = OF_ID_PREFIX "400", .data = (void *)lima_gpu_mali400 },
	{ .compatible = OF_ID_PREFIX "450", .data = (void *)lima_gpu_mali450 },
	{}
};
module_param_string(of_400_id, dt_match[0].compatible, sizeof(dt_match[0].compatible), 0);
MODULE_PARM_DESC(of_400_id, "Openfirmware id of mali-400 to be handled by lima");
module_param_string(of_450_id, dt_match[1].compatible, sizeof(dt_match[1].compatible), 0);
MODULE_PARM_DESC(of_450_id, "Openfirmware id of mali-450 to be handled by lima");
#else
static const struct of_device_id dt_match[] = {
	{ .compatible = OF_ID_PREFIX "400", .data = (void *)lima_gpu_mali400 },
	{ .compatible = OF_ID_PREFIX "450", .data = (void *)lima_gpu_mali450 },
	{}
};
#endif
MODULE_DEVICE_TABLE(of, dt_match);

さらに driver/gpu/drm/lima/Kconfig に DRM_LIMA_OF_ID_PREFIX と DRM_LIMA_OF_ID_PARAMETERIZE を追加します。

drivers/gpu/drm/lima/Kconfig

config DRM_LIMA
       tristate "LIMA (DRM support for ARM Mali 400/450 GPU)"
       depends on DRM
       depends on ARM || ARM64 || COMPILE_TEST
       depends on MMU
       depends on COMMON_CLK
       depends on OF
       select DRM_SCHED
       select DRM_GEM_SHMEM_HELPER
       select PM_DEVFREQ
       select DEVFREQ_GOV_SIMPLE_ONDEMAND
       help
           DRM driver for ARM Mali 400/450 GPUs.
config DRM_LIMA_OF_ID_PREFIX
       string "Device Tree ID prefix"
       default "arm,mali-"
       depends on DRM_LIMA
       help
           ID prefix specified in the compatible property of the device tree.
config DRM_LIMA_OF_ID_PARAMETERIZE
       bool "Parameterize Device Tree ID"
       default n
       depends on DRM_LIMA
       help
           Parameterize the device ID of Lima so that it can be changed at boot time.
           For example, specify lima.of_400_id=arm,mali-400 as a boot paramater.

クロックの変更

オリジナルの DRM Lima ではクロックの名前が "bus" と "core" で固定されていました。しかもクロックの数もこの２つしかサポートされていません。そこで複数の任意の名前のクロックでも動作するように drivers/gpu/drm/lima/lima_device.c を修正します。

具体的には、drivers/gpu/drm/lima/lima_device.h で定義されている struct lima_device に num_clks と clks を追加します。num_clks はクロックの数、clks はクロックの配列です。ここでは linux が標準で提供している clk_bulk_data という構造体を使っています。

drivers/gpu/drm/lima/lima_device.h

struct lima_device {
	:
	int num_clks;
	struct clk_bulk_data *clks;
	:
};

あとは drivers/gpu/drm/lima/lima_device.c の lima_clk_enable() と lima_clk_disable() と lima_clk_init() を変更します。