GNU Linux-libre 5.10.219-gnu1
[releases.git] / drivers / gpu / drm / drm_blend.c
1 /*
2  * Copyright (C) 2016 Samsung Electronics Co.Ltd
3  * Authors:
4  *      Marek Szyprowski <m.szyprowski@samsung.com>
5  *
6  * DRM core plane blending related functions
7  *
8  * Permission to use, copy, modify, distribute, and sell this software and its
9  * documentation for any purpose is hereby granted without fee, provided that
10  * the above copyright notice appear in all copies and that both that copyright
11  * notice and this permission notice appear in supporting documentation, and
12  * that the name of the copyright holders not be used in advertising or
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14  * written prior permission.  The copyright holders make no representations
15  * about the suitability of this software for any purpose.  It is provided "as
16  * is" without express or implied warranty.
17  *
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19  * INCLUDING ALL IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS, IN NO
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22  * DATA OR PROFITS, WHETHER IN AN ACTION OF CONTRACT, NEGLIGENCE OR OTHER
23  * TORTIOUS ACTION, ARISING OUT OF OR IN CONNECTION WITH THE USE OR PERFORMANCE
24  * OF THIS SOFTWARE.
25  */
26
27 #include <linux/export.h>
28 #include <linux/slab.h>
29 #include <linux/sort.h>
30
31 #include <drm/drm_atomic.h>
32 #include <drm/drm_blend.h>
33 #include <drm/drm_device.h>
34 #include <drm/drm_print.h>
35
36 #include "drm_crtc_internal.h"
37
38 /**
39  * DOC: overview
40  *
41  * The basic plane composition model supported by standard plane properties only
42  * has a source rectangle (in logical pixels within the &drm_framebuffer), with
43  * sub-pixel accuracy, which is scaled up to a pixel-aligned destination
44  * rectangle in the visible area of a &drm_crtc. The visible area of a CRTC is
45  * defined by the horizontal and vertical visible pixels (stored in @hdisplay
46  * and @vdisplay) of the requested mode (stored in &drm_crtc_state.mode). These
47  * two rectangles are both stored in the &drm_plane_state.
48  *
49  * For the atomic ioctl the following standard (atomic) properties on the plane object
50  * encode the basic plane composition model:
51  *
52  * SRC_X:
53  *      X coordinate offset for the source rectangle within the
54  *      &drm_framebuffer, in 16.16 fixed point. Must be positive.
55  * SRC_Y:
56  *      Y coordinate offset for the source rectangle within the
57  *      &drm_framebuffer, in 16.16 fixed point. Must be positive.
58  * SRC_W:
59  *      Width for the source rectangle within the &drm_framebuffer, in 16.16
60  *      fixed point. SRC_X plus SRC_W must be within the width of the source
61  *      framebuffer. Must be positive.
62  * SRC_H:
63  *      Height for the source rectangle within the &drm_framebuffer, in 16.16
64  *      fixed point. SRC_Y plus SRC_H must be within the height of the source
65  *      framebuffer. Must be positive.
66  * CRTC_X:
67  *      X coordinate offset for the destination rectangle. Can be negative.
68  * CRTC_Y:
69  *      Y coordinate offset for the destination rectangle. Can be negative.
70  * CRTC_W:
71  *      Width for the destination rectangle. CRTC_X plus CRTC_W can extend past
72  *      the currently visible horizontal area of the &drm_crtc.
73  * CRTC_H:
74  *      Height for the destination rectangle. CRTC_Y plus CRTC_H can extend past
75  *      the currently visible vertical area of the &drm_crtc.
76  * FB_ID:
77  *      Mode object ID of the &drm_framebuffer this plane should scan out.
78  * CRTC_ID:
79  *      Mode object ID of the &drm_crtc this plane should be connected to.
80  *
81  * Note that the source rectangle must fully lie within the bounds of the
82  * &drm_framebuffer. The destination rectangle can lie outside of the visible
83  * area of the current mode of the CRTC. It must be apprpriately clipped by the
84  * driver, which can be done by calling drm_plane_helper_check_update(). Drivers
85  * are also allowed to round the subpixel sampling positions appropriately, but
86  * only to the next full pixel. No pixel outside of the source rectangle may
87  * ever be sampled, which is important when applying more sophisticated
88  * filtering than just a bilinear one when scaling. The filtering mode when
89  * scaling is unspecified.
90  *
91  * On top of this basic transformation additional properties can be exposed by
92  * the driver:
93  *
94  * alpha:
95  *      Alpha is setup with drm_plane_create_alpha_property(). It controls the
96  *      plane-wide opacity, from transparent (0) to opaque (0xffff). It can be
97  *      combined with pixel alpha.
98  *      The pixel values in the framebuffers are expected to not be
99  *      pre-multiplied by the global alpha associated to the plane.
100  *
101  * rotation:
102  *      Rotation is set up with drm_plane_create_rotation_property(). It adds a
103  *      rotation and reflection step between the source and destination rectangles.
104  *      Without this property the rectangle is only scaled, but not rotated or
105  *      reflected.
106  *
107  *      Possbile values:
108  *
109  *      "rotate-<degrees>":
110  *              Signals that a drm plane is rotated <degrees> degrees in counter
111  *              clockwise direction.
112  *
113  *      "reflect-<axis>":
114  *              Signals that the contents of a drm plane is reflected along the
115  *              <axis> axis, in the same way as mirroring.
116  *
117  *      reflect-x::
118  *
119  *                      |o |    | o|
120  *                      |  | -> |  |
121  *                      | v|    |v |
122  *
123  *      reflect-y::
124  *
125  *                      |o |    | ^|
126  *                      |  | -> |  |
127  *                      | v|    |o |
128  *
129  * zpos:
130  *      Z position is set up with drm_plane_create_zpos_immutable_property() and
131  *      drm_plane_create_zpos_property(). It controls the visibility of overlapping
132  *      planes. Without this property the primary plane is always below the cursor
133  *      plane, and ordering between all other planes is undefined. The positive
134  *      Z axis points towards the user, i.e. planes with lower Z position values
135  *      are underneath planes with higher Z position values. Two planes with the
136  *      same Z position value have undefined ordering. Note that the Z position
137  *      value can also be immutable, to inform userspace about the hard-coded
138  *      stacking of planes, see drm_plane_create_zpos_immutable_property(). If
139  *      any plane has a zpos property (either mutable or immutable), then all
140  *      planes shall have a zpos property.
141  *
142  * pixel blend mode:
143  *      Pixel blend mode is set up with drm_plane_create_blend_mode_property().
144  *      It adds a blend mode for alpha blending equation selection, describing
145  *      how the pixels from the current plane are composited with the
146  *      background.
147  *
148  *       Three alpha blending equations are defined:
149  *
150  *       "None":
151  *               Blend formula that ignores the pixel alpha::
152  *
153  *                       out.rgb = plane_alpha * fg.rgb +
154  *                               (1 - plane_alpha) * bg.rgb
155  *
156  *       "Pre-multiplied":
157  *               Blend formula that assumes the pixel color values
158  *               have been already pre-multiplied with the alpha
159  *               channel values::
160  *
161  *                       out.rgb = plane_alpha * fg.rgb +
162  *                               (1 - (plane_alpha * fg.alpha)) * bg.rgb
163  *
164  *       "Coverage":
165  *               Blend formula that assumes the pixel color values have not
166  *               been pre-multiplied and will do so when blending them to the
167  *               background color values::
168  *
169  *                       out.rgb = plane_alpha * fg.alpha * fg.rgb +
170  *                               (1 - (plane_alpha * fg.alpha)) * bg.rgb
171  *
172  *       Using the following symbols:
173  *
174  *       "fg.rgb":
175  *               Each of the RGB component values from the plane's pixel
176  *       "fg.alpha":
177  *               Alpha component value from the plane's pixel. If the plane's
178  *               pixel format has no alpha component, then this is assumed to be
179  *               1.0. In these cases, this property has no effect, as all three
180  *               equations become equivalent.
181  *       "bg.rgb":
182  *               Each of the RGB component values from the background
183  *       "plane_alpha":
184  *               Plane alpha value set by the plane "alpha" property. If the
185  *               plane does not expose the "alpha" property, then this is
186  *               assumed to be 1.0
187  *
188  * IN_FORMATS:
189  *      Blob property which contains the set of buffer format and modifier
190  *      pairs supported by this plane. The blob is a drm_format_modifier_blob
191  *      struct. Without this property the plane doesn't support buffers with
192  *      modifiers. Userspace cannot change this property.
193  *
194  * Note that all the property extensions described here apply either to the
195  * plane or the CRTC (e.g. for the background color, which currently is not
196  * exposed and assumed to be black).
197  */
198
199 /**
200  * drm_plane_create_alpha_property - create a new alpha property
201  * @plane: drm plane
202  *
203  * This function creates a generic, mutable, alpha property and enables support
204  * for it in the DRM core. It is attached to @plane.
205  *
206  * The alpha property will be allowed to be within the bounds of 0
207  * (transparent) to 0xffff (opaque).
208  *
209  * Returns:
210  * 0 on success, negative error code on failure.
211  */
212 int drm_plane_create_alpha_property(struct drm_plane *plane)
213 {
214         struct drm_property *prop;
215
216         prop = drm_property_create_range(plane->dev, 0, "alpha",
217                                          0, DRM_BLEND_ALPHA_OPAQUE);
218         if (!prop)
219                 return -ENOMEM;
220
221         drm_object_attach_property(&plane->base, prop, DRM_BLEND_ALPHA_OPAQUE);
222         plane->alpha_property = prop;
223
224         if (plane->state)
225                 plane->state->alpha = DRM_BLEND_ALPHA_OPAQUE;
226
227         return 0;
228 }
229 EXPORT_SYMBOL(drm_plane_create_alpha_property);
230
231 /**
232  * drm_plane_create_rotation_property - create a new rotation property
233  * @plane: drm plane
234  * @rotation: initial value of the rotation property
235  * @supported_rotations: bitmask of supported rotations and reflections
236  *
237  * This creates a new property with the selected support for transformations.
238  *
239  * Since a rotation by 180° degress is the same as reflecting both along the x
240  * and the y axis the rotation property is somewhat redundant. Drivers can use
241  * drm_rotation_simplify() to normalize values of this property.
242  *
243  * The property exposed to userspace is a bitmask property (see
244  * drm_property_create_bitmask()) called "rotation" and has the following
245  * bitmask enumaration values:
246  *
247  * DRM_MODE_ROTATE_0:
248  *      "rotate-0"
249  * DRM_MODE_ROTATE_90:
250  *      "rotate-90"
251  * DRM_MODE_ROTATE_180:
252  *      "rotate-180"
253  * DRM_MODE_ROTATE_270:
254  *      "rotate-270"
255  * DRM_MODE_REFLECT_X:
256  *      "reflect-x"
257  * DRM_MODE_REFLECT_Y:
258  *      "reflect-y"
259  *
260  * Rotation is the specified amount in degrees in counter clockwise direction,
261  * the X and Y axis are within the source rectangle, i.e.  the X/Y axis before
262  * rotation. After reflection, the rotation is applied to the image sampled from
263  * the source rectangle, before scaling it to fit the destination rectangle.
264  */
265 int drm_plane_create_rotation_property(struct drm_plane *plane,
266                                        unsigned int rotation,
267                                        unsigned int supported_rotations)
268 {
269         static const struct drm_prop_enum_list props[] = {
270                 { __builtin_ffs(DRM_MODE_ROTATE_0) - 1,   "rotate-0" },
271                 { __builtin_ffs(DRM_MODE_ROTATE_90) - 1,  "rotate-90" },
272                 { __builtin_ffs(DRM_MODE_ROTATE_180) - 1, "rotate-180" },
273                 { __builtin_ffs(DRM_MODE_ROTATE_270) - 1, "rotate-270" },
274                 { __builtin_ffs(DRM_MODE_REFLECT_X) - 1,  "reflect-x" },
275                 { __builtin_ffs(DRM_MODE_REFLECT_Y) - 1,  "reflect-y" },
276         };
277         struct drm_property *prop;
278
279         WARN_ON((supported_rotations & DRM_MODE_ROTATE_MASK) == 0);
280         WARN_ON(!is_power_of_2(rotation & DRM_MODE_ROTATE_MASK));
281         WARN_ON(rotation & ~supported_rotations);
282
283         prop = drm_property_create_bitmask(plane->dev, 0, "rotation",
284                                            props, ARRAY_SIZE(props),
285                                            supported_rotations);
286         if (!prop)
287                 return -ENOMEM;
288
289         drm_object_attach_property(&plane->base, prop, rotation);
290
291         if (plane->state)
292                 plane->state->rotation = rotation;
293
294         plane->rotation_property = prop;
295
296         return 0;
297 }
298 EXPORT_SYMBOL(drm_plane_create_rotation_property);
299
300 /**
301  * drm_rotation_simplify() - Try to simplify the rotation
302  * @rotation: Rotation to be simplified
303  * @supported_rotations: Supported rotations
304  *
305  * Attempt to simplify the rotation to a form that is supported.
306  * Eg. if the hardware supports everything except DRM_MODE_REFLECT_X
307  * one could call this function like this:
308  *
309  * drm_rotation_simplify(rotation, DRM_MODE_ROTATE_0 |
310  *                       DRM_MODE_ROTATE_90 | DRM_MODE_ROTATE_180 |
311  *                       DRM_MODE_ROTATE_270 | DRM_MODE_REFLECT_Y);
312  *
313  * to eliminate the DRM_MODE_ROTATE_X flag. Depending on what kind of
314  * transforms the hardware supports, this function may not
315  * be able to produce a supported transform, so the caller should
316  * check the result afterwards.
317  */
318 unsigned int drm_rotation_simplify(unsigned int rotation,
319                                    unsigned int supported_rotations)
320 {
321         if (rotation & ~supported_rotations) {
322                 rotation ^= DRM_MODE_REFLECT_X | DRM_MODE_REFLECT_Y;
323                 rotation = (rotation & DRM_MODE_REFLECT_MASK) |
324                            BIT((ffs(rotation & DRM_MODE_ROTATE_MASK) + 1)
325                            % 4);
326         }
327
328         return rotation;
329 }
330 EXPORT_SYMBOL(drm_rotation_simplify);
331
332 /**
333  * drm_plane_create_zpos_property - create mutable zpos property
334  * @plane: drm plane
335  * @zpos: initial value of zpos property
336  * @min: minimal possible value of zpos property
337  * @max: maximal possible value of zpos property
338  *
339  * This function initializes generic mutable zpos property and enables support
340  * for it in drm core. Drivers can then attach this property to planes to enable
341  * support for configurable planes arrangement during blending operation.
342  * Drivers that attach a mutable zpos property to any plane should call the
343  * drm_atomic_normalize_zpos() helper during their implementation of
344  * &drm_mode_config_funcs.atomic_check(), which will update the normalized zpos
345  * values and store them in &drm_plane_state.normalized_zpos. Usually min
346  * should be set to 0 and max to maximal number of planes for given crtc - 1.
347  *
348  * If zpos of some planes cannot be changed (like fixed background or
349  * cursor/topmost planes), drivers shall adjust the min/max values and assign
350  * those planes immutable zpos properties with lower or higher values (for more
351  * information, see drm_plane_create_zpos_immutable_property() function). In such
352  * case drivers shall also assign proper initial zpos values for all planes in
353  * its plane_reset() callback, so the planes will be always sorted properly.
354  *
355  * See also drm_atomic_normalize_zpos().
356  *
357  * The property exposed to userspace is called "zpos".
358  *
359  * Returns:
360  * Zero on success, negative errno on failure.
361  */
362 int drm_plane_create_zpos_property(struct drm_plane *plane,
363                                    unsigned int zpos,
364                                    unsigned int min, unsigned int max)
365 {
366         struct drm_property *prop;
367
368         prop = drm_property_create_range(plane->dev, 0, "zpos", min, max);
369         if (!prop)
370                 return -ENOMEM;
371
372         drm_object_attach_property(&plane->base, prop, zpos);
373
374         plane->zpos_property = prop;
375
376         if (plane->state) {
377                 plane->state->zpos = zpos;
378                 plane->state->normalized_zpos = zpos;
379         }
380
381         return 0;
382 }
383 EXPORT_SYMBOL(drm_plane_create_zpos_property);
384
385 /**
386  * drm_plane_create_zpos_immutable_property - create immuttable zpos property
387  * @plane: drm plane
388  * @zpos: value of zpos property
389  *
390  * This function initializes generic immutable zpos property and enables
391  * support for it in drm core. Using this property driver lets userspace
392  * to get the arrangement of the planes for blending operation and notifies
393  * it that the hardware (or driver) doesn't support changing of the planes'
394  * order. For mutable zpos see drm_plane_create_zpos_property().
395  *
396  * The property exposed to userspace is called "zpos".
397  *
398  * Returns:
399  * Zero on success, negative errno on failure.
400  */
401 int drm_plane_create_zpos_immutable_property(struct drm_plane *plane,
402                                              unsigned int zpos)
403 {
404         struct drm_property *prop;
405
406         prop = drm_property_create_range(plane->dev, DRM_MODE_PROP_IMMUTABLE,
407                                          "zpos", zpos, zpos);
408         if (!prop)
409                 return -ENOMEM;
410
411         drm_object_attach_property(&plane->base, prop, zpos);
412
413         plane->zpos_property = prop;
414
415         if (plane->state) {
416                 plane->state->zpos = zpos;
417                 plane->state->normalized_zpos = zpos;
418         }
419
420         return 0;
421 }
422 EXPORT_SYMBOL(drm_plane_create_zpos_immutable_property);
423
424 static int drm_atomic_state_zpos_cmp(const void *a, const void *b)
425 {
426         const struct drm_plane_state *sa = *(struct drm_plane_state **)a;
427         const struct drm_plane_state *sb = *(struct drm_plane_state **)b;
428
429         if (sa->zpos != sb->zpos)
430                 return sa->zpos - sb->zpos;
431         else
432                 return sa->plane->base.id - sb->plane->base.id;
433 }
434
435 static int drm_atomic_helper_crtc_normalize_zpos(struct drm_crtc *crtc,
436                                           struct drm_crtc_state *crtc_state)
437 {
438         struct drm_atomic_state *state = crtc_state->state;
439         struct drm_device *dev = crtc->dev;
440         int total_planes = dev->mode_config.num_total_plane;
441         struct drm_plane_state **states;
442         struct drm_plane *plane;
443         int i, n = 0;
444         int ret = 0;
445
446         DRM_DEBUG_ATOMIC("[CRTC:%d:%s] calculating normalized zpos values\n",
447                          crtc->base.id, crtc->name);
448
449         states = kmalloc_array(total_planes, sizeof(*states), GFP_KERNEL);
450         if (!states)
451                 return -ENOMEM;
452
453         /*
454          * Normalization process might create new states for planes which
455          * normalized_zpos has to be recalculated.
456          */
457         drm_for_each_plane_mask(plane, dev, crtc_state->plane_mask) {
458                 struct drm_plane_state *plane_state =
459                         drm_atomic_get_plane_state(state, plane);
460                 if (IS_ERR(plane_state)) {
461                         ret = PTR_ERR(plane_state);
462                         goto done;
463                 }
464                 states[n++] = plane_state;
465                 DRM_DEBUG_ATOMIC("[PLANE:%d:%s] processing zpos value %d\n",
466                                  plane->base.id, plane->name,
467                                  plane_state->zpos);
468         }
469
470         sort(states, n, sizeof(*states), drm_atomic_state_zpos_cmp, NULL);
471
472         for (i = 0; i < n; i++) {
473                 plane = states[i]->plane;
474
475                 states[i]->normalized_zpos = i;
476                 DRM_DEBUG_ATOMIC("[PLANE:%d:%s] normalized zpos value %d\n",
477                                  plane->base.id, plane->name, i);
478         }
479         crtc_state->zpos_changed = true;
480
481 done:
482         kfree(states);
483         return ret;
484 }
485
486 /**
487  * drm_atomic_normalize_zpos - calculate normalized zpos values for all crtcs
488  * @dev: DRM device
489  * @state: atomic state of DRM device
490  *
491  * This function calculates normalized zpos value for all modified planes in
492  * the provided atomic state of DRM device.
493  *
494  * For every CRTC this function checks new states of all planes assigned to
495  * it and calculates normalized zpos value for these planes. Planes are compared
496  * first by their zpos values, then by plane id (if zpos is equal). The plane
497  * with lowest zpos value is at the bottom. The &drm_plane_state.normalized_zpos
498  * is then filled with unique values from 0 to number of active planes in crtc
499  * minus one.
500  *
501  * RETURNS
502  * Zero for success or -errno
503  */
504 int drm_atomic_normalize_zpos(struct drm_device *dev,
505                               struct drm_atomic_state *state)
506 {
507         struct drm_crtc *crtc;
508         struct drm_crtc_state *old_crtc_state, *new_crtc_state;
509         struct drm_plane *plane;
510         struct drm_plane_state *old_plane_state, *new_plane_state;
511         int i, ret = 0;
512
513         for_each_oldnew_plane_in_state(state, plane, old_plane_state, new_plane_state, i) {
514                 crtc = new_plane_state->crtc;
515                 if (!crtc)
516                         continue;
517                 if (old_plane_state->zpos != new_plane_state->zpos) {
518                         new_crtc_state = drm_atomic_get_new_crtc_state(state, crtc);
519                         new_crtc_state->zpos_changed = true;
520                 }
521         }
522
523         for_each_oldnew_crtc_in_state(state, crtc, old_crtc_state, new_crtc_state, i) {
524                 if (old_crtc_state->plane_mask != new_crtc_state->plane_mask ||
525                     new_crtc_state->zpos_changed) {
526                         ret = drm_atomic_helper_crtc_normalize_zpos(crtc,
527                                                                     new_crtc_state);
528                         if (ret)
529                                 return ret;
530                 }
531         }
532         return 0;
533 }
534 EXPORT_SYMBOL(drm_atomic_normalize_zpos);
535
536 /**
537  * drm_plane_create_blend_mode_property - create a new blend mode property
538  * @plane: drm plane
539  * @supported_modes: bitmask of supported modes, must include
540  *                   BIT(DRM_MODE_BLEND_PREMULTI). Current DRM assumption is
541  *                   that alpha is premultiplied, and old userspace can break if
542  *                   the property defaults to anything else.
543  *
544  * This creates a new property describing the blend mode.
545  *
546  * The property exposed to userspace is an enumeration property (see
547  * drm_property_create_enum()) called "pixel blend mode" and has the
548  * following enumeration values:
549  *
550  * "None":
551  *      Blend formula that ignores the pixel alpha.
552  *
553  * "Pre-multiplied":
554  *      Blend formula that assumes the pixel color values have been already
555  *      pre-multiplied with the alpha channel values.
556  *
557  * "Coverage":
558  *      Blend formula that assumes the pixel color values have not been
559  *      pre-multiplied and will do so when blending them to the background color
560  *      values.
561  *
562  * RETURNS:
563  * Zero for success or -errno
564  */
565 int drm_plane_create_blend_mode_property(struct drm_plane *plane,
566                                          unsigned int supported_modes)
567 {
568         struct drm_device *dev = plane->dev;
569         struct drm_property *prop;
570         static const struct drm_prop_enum_list props[] = {
571                 { DRM_MODE_BLEND_PIXEL_NONE, "None" },
572                 { DRM_MODE_BLEND_PREMULTI, "Pre-multiplied" },
573                 { DRM_MODE_BLEND_COVERAGE, "Coverage" },
574         };
575         unsigned int valid_mode_mask = BIT(DRM_MODE_BLEND_PIXEL_NONE) |
576                                        BIT(DRM_MODE_BLEND_PREMULTI)   |
577                                        BIT(DRM_MODE_BLEND_COVERAGE);
578         int i;
579
580         if (WARN_ON((supported_modes & ~valid_mode_mask) ||
581                     ((supported_modes & BIT(DRM_MODE_BLEND_PREMULTI)) == 0)))
582                 return -EINVAL;
583
584         prop = drm_property_create(dev, DRM_MODE_PROP_ENUM,
585                                    "pixel blend mode",
586                                    hweight32(supported_modes));
587         if (!prop)
588                 return -ENOMEM;
589
590         for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(props); i++) {
591                 int ret;
592
593                 if (!(BIT(props[i].type) & supported_modes))
594                         continue;
595
596                 ret = drm_property_add_enum(prop, props[i].type,
597                                             props[i].name);
598
599                 if (ret) {
600                         drm_property_destroy(dev, prop);
601
602                         return ret;
603                 }
604         }
605
606         drm_object_attach_property(&plane->base, prop, DRM_MODE_BLEND_PREMULTI);
607         plane->blend_mode_property = prop;
608
609         return 0;
610 }
611 EXPORT_SYMBOL(drm_plane_create_blend_mode_property);