当我们在谈论色温调节的时候，我们在谈论什么

小鱼儿 2022-10-09 15:21 301阅读 0赞

## 总述 ##

前段时间在一个项目里，做了一个色温调节的东西。发现这部分的资料有点少，所幸研究了一段时间，记录一下，免得后面又忘记了。  
色温调节是上层发出，最终由显卡驱动处理的一个事件。桌面一般都是采用redshift 调节色温，到xserver，xserver进行一些自己的处理，转由libdrm用drm ioctl陷入内核drm模块，最终到实际的显卡驱动。redshift这边没怎么研究过，本文就先从xserver讲起吧。涉及到具体的显卡驱动，就用radeon驱动为例。

## xserver ##

用户可以直接用xrand命令调节色温：

xrandr --output XXXX --gamma 1:1:1

可以用这个命令看看色温调节是否正常。  
gamma参数后面第一个1是红色，第二个1是绿色，第三个1是蓝色。通过调三原色达到调色温的目的。先拉一份xserver的代码来看看xserver是怎么处理参数的。从debian的仓库里直接拉下，非常方便。`apt source xorg-server`（不要用sudo拉代码，不信你可以试试看）。经验之谈：代码拉下来之后，先打个包替换本地安装的xserver，验证代码的正确性。  
`dpkg-buildpackage -sa -nc -j40`，第一次打包会很慢，稍微等一会。完成之后会在父目录下生成很多个deb包，暂时没分辨分别是什么什么包，所以统统安装，之后重启xserver。重启之后x依然运行正常，那就没什么问题了。  
对于xserver而言，上层可以通过两种方式调节色温：一种是redshift；另一种是xrandr提供的gamma参数。这两种方式一开始调用的接口不同，殊途同归，最终通过同一个接口进到libdrm中去。

redshift调节色温xserver函数调用链

ProcVidModeSetGamma
    {
     if (!pVidMode->SetGamma(pScreen, ((float) stuff->red) / 10000.,
                             ((float) stuff->green) / 10000.,
                             ((float) stuff->blue) / 10000.))
            return BadValue;
        return Success;
    }
                    ->xf86VidModeSetGamma
                            ->xf86ChangeGamma
                                    ->CMapChangeGamma
                                            ->CMapReinstallMap
                                                    ->CMapRefreshColors
                                                            ->xf86RandR12LoadPalette
                                                               {
                                                                    for (c = 0; c < config->num_crtc; c++) {
                                                                        xf86CrtcPtr crtc = config->crtc[c];
                                                                        RRCrtcPtr randr_crtc = crtc->randr_crtc;
    
                                                                        if (randr_crtc) {
                                                                                xf86RandR12CrtcComputeGamma(crtc, colors, reds, greens, blues,
                                                                                                                                randr_crtc->gammaRed,
                                                                                                                                randr_crtc->gammaGreen,
                                                                                                                                randr_crtc->gammaBlue,
                                                                                                                                randr_crtc->gammaSize);
                                                                           } else {
                                                                                    xf86RandR12CrtcComputeGamma(crtc, colors, reds, greens, blues,
                                                                                                                                NULL, NULL, NULL,
                                                                                                                                xf86GetGammaRampSize(pScreen));
                                                                           }
                                                                        xf86RandR12CrtcReloadGamma(crtc);
                                                                    }
                                                             }
                                                                        ->xf86RandR12CrtcReloadGamma
                                                                                ->drmmode_crtc_gamma_set
                                                                                    {
                                                                                         drmModeCrtcSetGamma(drmmode->fd, drmmode_crtc->mode_crtc->crtc_id,
                                                                                                                                                    size, red, green, blue);
                                                                                    }

xf86VidModeSetGamma`ProcVidModeSetGamma`接口实现在x扩展中，应该和x协议 xclient有关（细节待补充）。这个函数根据传入的参数，调用实现在xf86中的setgamma钩子函数，钩子上挂的是`xf86VidModeSetGamma`，这个函数没什么实际功能是个框架：转换参数，调用`xf86ChangeGamma`\->`CMapChangeGamma`\->\`\`CMapReinstallMap->`CMapRefreshColors`\->`xf86RandR12LoadPalette`。`xf86RandR12LoadPalette`遍历每个crtc，分别计算gamma和load gamma。 用户可能修改一个或者多个gamma参数，在这里全部扫过之后，可以节省调用时间。 load gamma直接调用crtc的gamma set接口——`drmmode_crtc_gamma_set`，从这里正式进入libdrm里。  
xrandr方式调节色温的调用链简单多了，从randr调用带xf86中，余下的和上面一样。

RRCrtcGammaSet
        ->xf86RandR12CrtcSetGamma
            ->xf86RandR12CrtcReloadGamma
                ->drmmode_crtc_gamma_set

## libdrm ##

令人迷惑的xserver终于大概理清楚了，主要是能力有限，分析不清楚。libdrm的代码一般都很简单，做一个基本的判非操作之后，用ioctl陷入内核中。比如刚刚找不到的 函数，他的实现是这样的：

drm_public int drmModeCrtcSetGamma(int fd, uint32_t crtc_id, uint32_t size,
    
                                       uint16_t *red, uint16_t *green,
    
                                       uint16_t *blue)
    
    {
    
        struct drm_mode_crtc_lut l;
    
        memclear(l);
    
        l.crtc_id = crtc_id;
    
        l.gamma_size = size;
    
        l.red = VOID2U64(red);
    
        l.green = VOID2U64(green);
    
        l.blue = VOID2U64(blue);
    
        return DRM_IOCTL(fd, DRM_IOCTL_MODE_SETGAMMA, &l);
    
    }

熟悉内核代码的童鞋都知道，从ioctl开始就陷入内核了。接下来需要去drm驱动里找到对`DRM_IOCTL_MODE_SETGAMMA`flag的处理即可。

## 内核drm模块 ##

drm 的ioctl接口都是实现在文件`drivers/gpu/drm/drm_ioctl.c`中，`DRM_IOCTL_MODE_SETGAMMA`对应的接口是`drm_mode_gamma_set_ioctl`：

int drm_mode_gamma_set_ioctl(struct drm_device *dev,
                     void *data, struct drm_file *file_priv)
    {
        struct drm_mode_crtc_lut *crtc_lut = data;
        struct drm_crtc *crtc;
        void *r_base, *g_base, *b_base;
        int size;
        struct drm_modeset_acquire_ctx ctx;
        int ret = 0;
    
        if (!drm_core_check_feature(dev, DRIVER_MODESET))
            return -EINVAL;
        crtc = drm_crtc_find(dev, file_priv, crtc_lut->crtc_id);
        if (!crtc)
            return -ENOENT;
        if (crtc->funcs->gamma_set == NULL)
            return -ENOSYS;
    
        drm_modeset_acquire_init(&ctx, 0);
    retry:
        ret = drm_modeset_lock_all_ctx(dev, &ctx);
        if (ret)
            goto out;
        size = crtc_lut->gamma_size * (sizeof(uint16_t));
        r_base = crtc->gamma_store;
        if (copy_from_user(r_base, (void __user *)(unsigned long)crtc_lut->red, size)) {
            ret = -EFAULT;
            goto out;
        }
        g_base = r_base + size;
        if (copy_from_user(g_base, (void __user *)(unsigned long)crtc_lut->green, size)) {
            ret = -EFAULT;
            goto out;
        }
        b_base = g_base + size;
        if (copy_from_user(b_base, (void __user *)(unsigned long)crtc_lut->blue, size)) {
            ret = -EFAULT;
            goto out;
        }
        ret = crtc->funcs->gamma_set(crtc, r_base, g_base, b_base,
                         crtc->gamma_size, &ctx);
    ......
        return ret;
    }

按照惯例，drm只实现框架代码并不care具体的功能，代码通常比较简单，没什么复杂的调用链。drm进来先判断操作的合法性，检查feature标志、根据用户参数获取crtc，判断显卡是否实现了gamma\_set接口。全部正常之后，根据用户传入的参数计算红绿蓝三色的基准值，然后调用显卡自己实现的`gamma_set`接口。以radeon为例，大致调用链如下所示：

radeon_crtc_gamma_set
        ->radeon_crtc_load_lut
            {
    #define ASIC_IS_DCE5(rdev) ((rdev->family >= CHIP_BARTS))
                    if (ASIC_IS_DCE5(rdev))
                        dce5_crtc_load_lut(crtc);
                    else if (ASIC_IS_DCE4(rdev))
                        dce4_crtc_load_lut(crtc);
                    else if (ASIC_IS_AVIVO(rdev))
                        avivo_crtc_load_lut(crtc);
                    else
                        legacy_crtc_load_lut(crtc);
            }
                     ->device dependence write registers

radeon gamma\_set调用`radeon_crtc_load_lut`,load lut根据显卡芯片类型确定调用哪个，在load lut中实现写寄存器，这部分就和硬件相关了。不同的显卡芯片、不同给厂家的显卡，这部分实现都是不一样的。

## Q & A ##

*  1.  为什么有的设备能调节色温，有的设备不能调节色温呢？  
        色温调节是要显卡支持的，如上分析，色温调节最终从drm 的gamma\_set调用到显卡自身实现的gamma\_set中去，真正执行调节功能的是显卡自身的gamma set函数。然而不是所有得到显卡都实现了这个功能，因此给用户看到的现象是：有的卡能调色温，有的卡不支持。