📚 课程目录第3章显存分配机制

3、显存分配机制：SA8155 上显存（Video Memory）的分配策略

在 SA8155 显示子系统中，显存（Video Memory）的分配策略直接决定了 GPU 渲染效率、显示帧率稳定性以及多窗口合成的成功率。SA8155 采用 预分配（Pre-allocation） 与 动态分配（Dynamic Allocation） 相结合的混合策略，以平衡启动速度与内存利用率。

调试要点： 显存分配异常通常表现为“黑屏”、“花屏”或“合成失败”。排查时需首先确认当前分配模式是预分配还是动态分配，再检查对应的内存区域是否被正确映射。

3.1 预分配策略（Boot-time Reservation）

预分配是指在系统启动阶段（UEFI / SBL / ABL），通过固件配置为显示子系统预留固定大小的连续物理内存区域。这部分内存通常用于帧缓冲（Framebuffer）和关键合成管线。

预分配区域	典型大小	用途	映射属性
Primary FB	8 ~ 16 MB	主屏帧缓冲（Boot splash / 桌面）	WB (Write-back), 连续
Secure Display	4 ~ 8 MB	DRM 保护内容（如 HDCP）	不可缓存, 连续
DPU VBIF	2 ~ 4 MB	显示处理单元内部 VBIF 预留	IO-coherent
MDP 管线	16 ~ 32 MB	多层合成（Overlay / Layer Mixer）	WB, 连续

  预分配优势： 零延迟分配，避免运行时内存碎片；适合对延迟敏感的显示路径（如启动动画、安全视频播放）。

  预分配劣势： 内存浪费，若实际使用场景不需要大尺寸帧缓冲，预留区域将无法被其他子系统回收。

3.2 动态分配策略（Runtime Allocation）

动态分配发生在内核驱动加载后，由 ION 内存管理器 或 DMA-BUF 框架 按需分配。SA8155 的 GPU（Adreno 640）通过 kgsl 驱动向 ION 申请显存，用于纹理、渲染目标、顶点缓冲等。

3.2.1 动态分配流程

应用请求： 用户态（SurfaceFlinger / 应用）通过 gralloc 分配图形缓冲区。
ION 分配： gralloc 调用 ION 接口，从系统内存或预留 CMA 区域分配物理连续或非连续内存。
DMA-BUF 导出： 分配的内存以 DMA-BUF 形式导出，可跨驱动（GPU / DPU / VPU）共享。
GPU 映射： kgsl 驱动将 DMA-BUF 映射到 GPU 的 IOMMU 页表，建立 GPU 虚拟地址到物理地址的映射。
DPU 获取： 显示处理单元（DPU）通过 SMMU 映射同一 DMA-BUF，用于合成输出。

常见异常： 动态分配失败通常伴随 ION allocation failed 或 Out of memory 内核日志。此时应检查 CMA 区域是否耗尽、IOMMU 页表是否溢出。

3.3 预分配 vs 动态分配对比

对比维度	预分配	动态分配
分配时机	Boot-time（UEFI / SBL）	Runtime（内核启动后）
内存连续性	物理连续	物理连续或非连续（通过 IOMMU 虚拟化）
分配延迟	零延迟（已预留）	微秒级（ION 分配 + 页表更新）
内存利用率	低（可能浪费）	高（按需分配）
适用场景	Boot splash、安全视频、关键合成管线	普通 UI 渲染、游戏纹理、相机预览
调试手段	查看 `dmesg \| grep msm_display`	查看 `/d/ion/heaps` 或 `kgsl_proc`

3.4 显存分配异常排查清单

检查预分配区域是否被覆盖： 使用 cat /proc/iomem | grep msm_display 确认预留区域边界。
检查 ION 堆使用情况： cat /d/ion/heaps 查看各堆（system / cma / carveout）的已分配和剩余大小。
检查 GPU 内存映射： cat /d/kgsl/proc/*/mem 查看每个进程的 GPU 内存分配。
检查 SMMU 页表错误： dmesg | grep arm-smmu 查找 Unhandled context fault 或 TLB miss。
检查 CMA 区域是否耗尽： cat /d/cma/usage 查看连续内存使用率。

  实战案例： 某项目中，SurfaceFlinger 分配 4K 显示缓冲区时返回 NO_MEMORY。排查发现 CMA 区域被相机驱动耗尽，导致无法分配连续物理内存。解决方案：增大 CMA 预留大小，或将相机改为使用非连续内存 + IOMMU 映射。