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[linux-2.6-microblaze.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
13  * publicity pertaining to distribution of the software without specific,
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  *
18  * THE COPYRIGHT HOLDERS DISCLAIM ALL WARRANTIES WITH REGARD TO THIS SOFTWARE,
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().
139  *
140  * pixel blend mode:
141  *      Pixel blend mode is set up with drm_plane_create_blend_mode_property().
142  *      It adds a blend mode for alpha blending equation selection, describing
143  *      how the pixels from the current plane are composited with the
144  *      background.
145  *
146  *       Three alpha blending equations are defined:
147  *
148  *       "None":
149  *               Blend formula that ignores the pixel alpha::
150  *
151  *                       out.rgb = plane_alpha * fg.rgb +
152  *                               (1 - plane_alpha) * bg.rgb
153  *
154  *       "Pre-multiplied":
155  *               Blend formula that assumes the pixel color values
156  *               have been already pre-multiplied with the alpha
157  *               channel values::
158  *
159  *                       out.rgb = plane_alpha * fg.rgb +
160  *                               (1 - (plane_alpha * fg.alpha)) * bg.rgb
161  *
162  *       "Coverage":
163  *               Blend formula that assumes the pixel color values have not
164  *               been pre-multiplied and will do so when blending them to the
165  *               background color values::
166  *
167  *                       out.rgb = plane_alpha * fg.alpha * fg.rgb +
168  *                               (1 - (plane_alpha * fg.alpha)) * bg.rgb
169  *
170  *       Using the following symbols:
171  *
172  *       "fg.rgb":
173  *               Each of the RGB component values from the plane's pixel
174  *       "fg.alpha":
175  *               Alpha component value from the plane's pixel. If the plane's
176  *               pixel format has no alpha component, then this is assumed to be
177  *               1.0. In these cases, this property has no effect, as all three
178  *               equations become equivalent.
179  *       "bg.rgb":
180  *               Each of the RGB component values from the background
181  *       "plane_alpha":
182  *               Plane alpha value set by the plane "alpha" property. If the
183  *               plane does not expose the "alpha" property, then this is
184  *               assumed to be 1.0
185  *
186  * Note that all the property extensions described here apply either to the
187  * plane or the CRTC (e.g. for the background color, which currently is not
188  * exposed and assumed to be black).
189  */
190
191 /**
192  * drm_plane_create_alpha_property - create a new alpha property
193  * @plane: drm plane
194  *
195  * This function creates a generic, mutable, alpha property and enables support
196  * for it in the DRM core. It is attached to @plane.
197  *
198  * The alpha property will be allowed to be within the bounds of 0
199  * (transparent) to 0xffff (opaque).
200  *
201  * Returns:
202  * 0 on success, negative error code on failure.
203  */
204 int drm_plane_create_alpha_property(struct drm_plane *plane)
205 {
206         struct drm_property *prop;
207
208         prop = drm_property_create_range(plane->dev, 0, "alpha",
209                                          0, DRM_BLEND_ALPHA_OPAQUE);
210         if (!prop)
211                 return -ENOMEM;
212
213         drm_object_attach_property(&plane->base, prop, DRM_BLEND_ALPHA_OPAQUE);
214         plane->alpha_property = prop;
215
216         if (plane->state)
217                 plane->state->alpha = DRM_BLEND_ALPHA_OPAQUE;
218
219         return 0;
220 }
221 EXPORT_SYMBOL(drm_plane_create_alpha_property);
222
223 /**
224  * drm_plane_create_rotation_property - create a new rotation property
225  * @plane: drm plane
226  * @rotation: initial value of the rotation property
227  * @supported_rotations: bitmask of supported rotations and reflections
228  *
229  * This creates a new property with the selected support for transformations.
230  *
231  * Since a rotation by 180° degress is the same as reflecting both along the x
232  * and the y axis the rotation property is somewhat redundant. Drivers can use
233  * drm_rotation_simplify() to normalize values of this property.
234  *
235  * The property exposed to userspace is a bitmask property (see
236  * drm_property_create_bitmask()) called "rotation" and has the following
237  * bitmask enumaration values:
238  *
239  * DRM_MODE_ROTATE_0:
240  *      "rotate-0"
241  * DRM_MODE_ROTATE_90:
242  *      "rotate-90"
243  * DRM_MODE_ROTATE_180:
244  *      "rotate-180"
245  * DRM_MODE_ROTATE_270:
246  *      "rotate-270"
247  * DRM_MODE_REFLECT_X:
248  *      "reflect-x"
249  * DRM_MODE_REFLECT_Y:
250  *      "reflect-y"
251  *
252  * Rotation is the specified amount in degrees in counter clockwise direction,
253  * the X and Y axis are within the source rectangle, i.e.  the X/Y axis before
254  * rotation. After reflection, the rotation is applied to the image sampled from
255  * the source rectangle, before scaling it to fit the destination rectangle.
256  */
257 int drm_plane_create_rotation_property(struct drm_plane *plane,
258                                        unsigned int rotation,
259                                        unsigned int supported_rotations)
260 {
261         static const struct drm_prop_enum_list props[] = {
262                 { __builtin_ffs(DRM_MODE_ROTATE_0) - 1,   "rotate-0" },
263                 { __builtin_ffs(DRM_MODE_ROTATE_90) - 1,  "rotate-90" },
264                 { __builtin_ffs(DRM_MODE_ROTATE_180) - 1, "rotate-180" },
265                 { __builtin_ffs(DRM_MODE_ROTATE_270) - 1, "rotate-270" },
266                 { __builtin_ffs(DRM_MODE_REFLECT_X) - 1,  "reflect-x" },
267                 { __builtin_ffs(DRM_MODE_REFLECT_Y) - 1,  "reflect-y" },
268         };
269         struct drm_property *prop;
270
271         WARN_ON((supported_rotations & DRM_MODE_ROTATE_MASK) == 0);
272         WARN_ON(!is_power_of_2(rotation & DRM_MODE_ROTATE_MASK));
273         WARN_ON(rotation & ~supported_rotations);
274
275         prop = drm_property_create_bitmask(plane->dev, 0, "rotation",
276                                            props, ARRAY_SIZE(props),
277                                            supported_rotations);
278         if (!prop)
279                 return -ENOMEM;
280
281         drm_object_attach_property(&plane->base, prop, rotation);
282
283         if (plane->state)
284                 plane->state->rotation = rotation;
285
286         plane->rotation_property = prop;
287
288         return 0;
289 }
290 EXPORT_SYMBOL(drm_plane_create_rotation_property);
291
292 /**
293  * drm_rotation_simplify() - Try to simplify the rotation
294  * @rotation: Rotation to be simplified
295  * @supported_rotations: Supported rotations
296  *
297  * Attempt to simplify the rotation to a form that is supported.
298  * Eg. if the hardware supports everything except DRM_MODE_REFLECT_X
299  * one could call this function like this:
300  *
301  * drm_rotation_simplify(rotation, DRM_MODE_ROTATE_0 |
302  *                       DRM_MODE_ROTATE_90 | DRM_MODE_ROTATE_180 |
303  *                       DRM_MODE_ROTATE_270 | DRM_MODE_REFLECT_Y);
304  *
305  * to eliminate the DRM_MODE_ROTATE_X flag. Depending on what kind of
306  * transforms the hardware supports, this function may not
307  * be able to produce a supported transform, so the caller should
308  * check the result afterwards.
309  */
310 unsigned int drm_rotation_simplify(unsigned int rotation,
311                                    unsigned int supported_rotations)
312 {
313         if (rotation & ~supported_rotations) {
314                 rotation ^= DRM_MODE_REFLECT_X | DRM_MODE_REFLECT_Y;
315                 rotation = (rotation & DRM_MODE_REFLECT_MASK) |
316                            BIT((ffs(rotation & DRM_MODE_ROTATE_MASK) + 1)
317                            % 4);
318         }
319
320         return rotation;
321 }
322 EXPORT_SYMBOL(drm_rotation_simplify);
323
324 /**
325  * drm_plane_create_zpos_property - create mutable zpos property
326  * @plane: drm plane
327  * @zpos: initial value of zpos property
328  * @min: minimal possible value of zpos property
329  * @max: maximal possible value of zpos property
330  *
331  * This function initializes generic mutable zpos property and enables support
332  * for it in drm core. Drivers can then attach this property to planes to enable
333  * support for configurable planes arrangement during blending operation.
334  * Drivers that attach a mutable zpos property to any plane should call the
335  * drm_atomic_normalize_zpos() helper during their implementation of
336  * &drm_mode_config_funcs.atomic_check(), which will update the normalized zpos
337  * values and store them in &drm_plane_state.normalized_zpos. Usually min
338  * should be set to 0 and max to maximal number of planes for given crtc - 1.
339  *
340  * If zpos of some planes cannot be changed (like fixed background or
341  * cursor/topmost planes), driver should adjust min/max values and assign those
342  * planes immutable zpos property with lower or higher values (for more
343  * information, see drm_plane_create_zpos_immutable_property() function). In such
344  * case driver should also assign proper initial zpos values for all planes in
345  * its plane_reset() callback, so the planes will be always sorted properly.
346  *
347  * See also drm_atomic_normalize_zpos().
348  *
349  * The property exposed to userspace is called "zpos".
350  *
351  * Returns:
352  * Zero on success, negative errno on failure.
353  */
354 int drm_plane_create_zpos_property(struct drm_plane *plane,
355                                    unsigned int zpos,
356                                    unsigned int min, unsigned int max)
357 {
358         struct drm_property *prop;
359
360         prop = drm_property_create_range(plane->dev, 0, "zpos", min, max);
361         if (!prop)
362                 return -ENOMEM;
363
364         drm_object_attach_property(&plane->base, prop, zpos);
365
366         plane->zpos_property = prop;
367
368         if (plane->state) {
369                 plane->state->zpos = zpos;
370                 plane->state->normalized_zpos = zpos;
371         }
372
373         return 0;
374 }
375 EXPORT_SYMBOL(drm_plane_create_zpos_property);
376
377 /**
378  * drm_plane_create_zpos_immutable_property - create immuttable zpos property
379  * @plane: drm plane
380  * @zpos: value of zpos property
381  *
382  * This function initializes generic immutable zpos property and enables
383  * support for it in drm core. Using this property driver lets userspace
384  * to get the arrangement of the planes for blending operation and notifies
385  * it that the hardware (or driver) doesn't support changing of the planes'
386  * order. For mutable zpos see drm_plane_create_zpos_property().
387  *
388  * The property exposed to userspace is called "zpos".
389  *
390  * Returns:
391  * Zero on success, negative errno on failure.
392  */
393 int drm_plane_create_zpos_immutable_property(struct drm_plane *plane,
394                                              unsigned int zpos)
395 {
396         struct drm_property *prop;
397
398         prop = drm_property_create_range(plane->dev, DRM_MODE_PROP_IMMUTABLE,
399                                          "zpos", zpos, zpos);
400         if (!prop)
401                 return -ENOMEM;
402
403         drm_object_attach_property(&plane->base, prop, zpos);
404
405         plane->zpos_property = prop;
406
407         if (plane->state) {
408                 plane->state->zpos = zpos;
409                 plane->state->normalized_zpos = zpos;
410         }
411
412         return 0;
413 }
414 EXPORT_SYMBOL(drm_plane_create_zpos_immutable_property);
415
416 static int drm_atomic_state_zpos_cmp(const void *a, const void *b)
417 {
418         const struct drm_plane_state *sa = *(struct drm_plane_state **)a;
419         const struct drm_plane_state *sb = *(struct drm_plane_state **)b;
420
421         if (sa->zpos != sb->zpos)
422                 return sa->zpos - sb->zpos;
423         else
424                 return sa->plane->base.id - sb->plane->base.id;
425 }
426
427 static int drm_atomic_helper_crtc_normalize_zpos(struct drm_crtc *crtc,
428                                           struct drm_crtc_state *crtc_state)
429 {
430         struct drm_atomic_state *state = crtc_state->state;
431         struct drm_device *dev = crtc->dev;
432         int total_planes = dev->mode_config.num_total_plane;
433         struct drm_plane_state **states;
434         struct drm_plane *plane;
435         int i, n = 0;
436         int ret = 0;
437
438         DRM_DEBUG_ATOMIC("[CRTC:%d:%s] calculating normalized zpos values\n",
439                          crtc->base.id, crtc->name);
440
441         states = kmalloc_array(total_planes, sizeof(*states), GFP_KERNEL);
442         if (!states)
443                 return -ENOMEM;
444
445         /*
446          * Normalization process might create new states for planes which
447          * normalized_zpos has to be recalculated.
448          */
449         drm_for_each_plane_mask(plane, dev, crtc_state->plane_mask) {
450                 struct drm_plane_state *plane_state =
451                         drm_atomic_get_plane_state(state, plane);
452                 if (IS_ERR(plane_state)) {
453                         ret = PTR_ERR(plane_state);
454                         goto done;
455                 }
456                 states[n++] = plane_state;
457                 DRM_DEBUG_ATOMIC("[PLANE:%d:%s] processing zpos value %d\n",
458                                  plane->base.id, plane->name,
459                                  plane_state->zpos);
460         }
461
462         sort(states, n, sizeof(*states), drm_atomic_state_zpos_cmp, NULL);
463
464         for (i = 0; i < n; i++) {
465                 plane = states[i]->plane;
466
467                 states[i]->normalized_zpos = i;
468                 DRM_DEBUG_ATOMIC("[PLANE:%d:%s] normalized zpos value %d\n",
469                                  plane->base.id, plane->name, i);
470         }
471         crtc_state->zpos_changed = true;
472
473 done:
474         kfree(states);
475         return ret;
476 }
477
478 /**
479  * drm_atomic_normalize_zpos - calculate normalized zpos values for all crtcs
480  * @dev: DRM device
481  * @state: atomic state of DRM device
482  *
483  * This function calculates normalized zpos value for all modified planes in
484  * the provided atomic state of DRM device.
485  *
486  * For every CRTC this function checks new states of all planes assigned to
487  * it and calculates normalized zpos value for these planes. Planes are compared
488  * first by their zpos values, then by plane id (if zpos is equal). The plane
489  * with lowest zpos value is at the bottom. The &drm_plane_state.normalized_zpos
490  * is then filled with unique values from 0 to number of active planes in crtc
491  * minus one.
492  *
493  * RETURNS
494  * Zero for success or -errno
495  */
496 int drm_atomic_normalize_zpos(struct drm_device *dev,
497                               struct drm_atomic_state *state)
498 {
499         struct drm_crtc *crtc;
500         struct drm_crtc_state *old_crtc_state, *new_crtc_state;
501         struct drm_plane *plane;
502         struct drm_plane_state *old_plane_state, *new_plane_state;
503         int i, ret = 0;
504
505         for_each_oldnew_plane_in_state(state, plane, old_plane_state, new_plane_state, i) {
506                 crtc = new_plane_state->crtc;
507                 if (!crtc)
508                         continue;
509                 if (old_plane_state->zpos != new_plane_state->zpos) {
510                         new_crtc_state = drm_atomic_get_new_crtc_state(state, crtc);
511                         new_crtc_state->zpos_changed = true;
512                 }
513         }
514
515         for_each_oldnew_crtc_in_state(state, crtc, old_crtc_state, new_crtc_state, i) {
516                 if (old_crtc_state->plane_mask != new_crtc_state->plane_mask ||
517                     new_crtc_state->zpos_changed) {
518                         ret = drm_atomic_helper_crtc_normalize_zpos(crtc,
519                                                                     new_crtc_state);
520                         if (ret)
521                                 return ret;
522                 }
523         }
524         return 0;
525 }
526 EXPORT_SYMBOL(drm_atomic_normalize_zpos);
527
528 /**
529  * drm_plane_create_blend_mode_property - create a new blend mode property
530  * @plane: drm plane
531  * @supported_modes: bitmask of supported modes, must include
532  *                   BIT(DRM_MODE_BLEND_PREMULTI). Current DRM assumption is
533  *                   that alpha is premultiplied, and old userspace can break if
534  *                   the property defaults to anything else.
535  *
536  * This creates a new property describing the blend mode.
537  *
538  * The property exposed to userspace is an enumeration property (see
539  * drm_property_create_enum()) called "pixel blend mode" and has the
540  * following enumeration values:
541  *
542  * "None":
543  *      Blend formula that ignores the pixel alpha.
544  *
545  * "Pre-multiplied":
546  *      Blend formula that assumes the pixel color values have been already
547  *      pre-multiplied with the alpha channel values.
548  *
549  * "Coverage":
550  *      Blend formula that assumes the pixel color values have not been
551  *      pre-multiplied and will do so when blending them to the background color
552  *      values.
553  *
554  * RETURNS:
555  * Zero for success or -errno
556  */
557 int drm_plane_create_blend_mode_property(struct drm_plane *plane,
558                                          unsigned int supported_modes)
559 {
560         struct drm_device *dev = plane->dev;
561         struct drm_property *prop;
562         static const struct drm_prop_enum_list props[] = {
563                 { DRM_MODE_BLEND_PIXEL_NONE, "None" },
564                 { DRM_MODE_BLEND_PREMULTI, "Pre-multiplied" },
565                 { DRM_MODE_BLEND_COVERAGE, "Coverage" },
566         };
567         unsigned int valid_mode_mask = BIT(DRM_MODE_BLEND_PIXEL_NONE) |
568                                        BIT(DRM_MODE_BLEND_PREMULTI)   |
569                                        BIT(DRM_MODE_BLEND_COVERAGE);
570         int i;
571
572         if (WARN_ON((supported_modes & ~valid_mode_mask) ||
573                     ((supported_modes & BIT(DRM_MODE_BLEND_PREMULTI)) == 0)))
574                 return -EINVAL;
575
576         prop = drm_property_create(dev, DRM_MODE_PROP_ENUM,
577                                    "pixel blend mode",
578                                    hweight32(supported_modes));
579         if (!prop)
580                 return -ENOMEM;
581
582         for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(props); i++) {
583                 int ret;
584
585                 if (!(BIT(props[i].type) & supported_modes))
586                         continue;
587
588                 ret = drm_property_add_enum(prop, props[i].type,
589                                             props[i].name);
590
591                 if (ret) {
592                         drm_property_destroy(dev, prop);
593
594                         return ret;
595                 }
596         }
597
598         drm_object_attach_property(&plane->base, prop, DRM_MODE_BLEND_PREMULTI);
599         plane->blend_mode_property = prop;
600
601         return 0;
602 }
603 EXPORT_SYMBOL(drm_plane_create_blend_mode_property);