3、CRTC与Plane：CRTC功能与数据结构、Plane类型与属性、硬件管道映射

CRTC（Cathode Ray Tube Controller，阴极射线管控制器）与 Plane（图层）是 DRM/KMS 子系统中构成显示管线的核心硬件抽象层。CRTC 负责生成像素时序与 VBlank 中断，Plane 负责将 Framebuffer 内容按 Z-order 合成并送入 CRTC。理解两者的数据结构、功能划分及硬件管道映射关系，是调试 HDR 元数据传递与 VBlank 同步的基础。

3.1 CRTC 功能与数据结构

CRTC 在 DRM 中对应 drm_crtc 结构体，其核心职责包括：

• 时序生成：根据 drm_display_mode 生成行/场同步信号、前后肩、消隐区间。
• VBlank 管理：在垂直消隐期触发中断，驱动通过 drm_crtc_vblank_get/put 管理计数。
• 色彩管理：支持 GAMMA_LUT、CTM（Color Transformation Matrix）及 HDR 元数据属性。
• 扫描输出：从 Plane 合成结果读取像素数据，按时序发送到 Encoder。

3.2 Plane 类型与属性

DRM 定义三种 Plane 类型，每种类型在 HDR 管线中承担不同角色：

Plane 的关键属性（通过 drm_plane_state 传递）：

• crtc：绑定的 CRTC，决定 Plane 输出到哪个显示管道。
• fb：关联的 Framebuffer，包含像素数据与格式。
• src_x/src_y/src_w/src_h：源裁剪区域（16.16 定点数）。
• crtc_x/crtc_y/crtc_w/crtc_h：目标显示位置。
• color_encoding / color_range：色彩编码（BT.709/BT.2020）与量化范围（limited/full）。
• zpos：Z-order 排序，值越小越靠近背景。

3.3 硬件管道映射

硬件管道映射是指将 DRM 的 CRTC、Plane、Encoder、Connector 抽象层与实际 SoC 显示控制器硬件单元对应起来。不同厂商的映射策略差异较大：

映射关系在驱动初始化时通过 drm_crtc_init_with_planes() 建立，关键代码模式如下：

// 驱动 probe 阶段：创建 CRTC 并绑定 Primary 和 Cursor Plane
struct drm_plane *primary = rockchip_plane_create(drm_dev, ROCKCHIP_VOP_WIN0);
struct drm_plane *cursor  = rockchip_plane_create(drm_dev, ROCKCHIP_VOP_WIN1);

drm_crtc_init_with_planes(drm_dev, crtc, primary, cursor, &rockchip_crtc_funcs, NULL);

// 设置 CRTC 的 HDR 属性（如 HDR_OUTPUT_METADATA）
drm_crtc_attach_hdr_metadata_property(crtc);

// 硬件管道映射：将 CRTC 的 vblank 回调注册到 VOP 硬件中断
crtc->funcs->enable_vblank = rockchip_vop_enable_vblank;
crtc->funcs->disable_vblank = rockchip_vop_disable_vblank;

3.4 原子提交与管道一致性

在 HDR 场景下，CRTC 与 Plane 的配置必须通过 Atomic Commit 一次性提交，以保证管道状态一致性。关键流程：

1. 用户态构造 drm_mode_atomic 请求，包含 CRTC 的 hdr_output_metadata 属性与 Plane 的 color_encoding 属性。
2. 内核驱动在 atomic_check 阶段验证所有 Plane 的色彩空间是否与 CRTC 的 HDR 模式兼容。
3. 在 VBlank 期间执行 atomic_commit，通过 drm_crtc_vblank_get 确保硬件更新发生在消隐区间。
4. 硬件寄存器一次性更新，避免撕裂（tearing）或色彩闪烁。