一文带你玩转全志T527的GPU(1)-盈鹏飞嵌入式

embfly LV 5

本文中涉及到产品的实际操作，该操作都是在盈鹏飞嵌入式AHD-X527主板上进行执行，AHD-X527介绍如下：

AHD-X527产品特性：

采用Allwinner公司Cortex-A55八核A527/T527处理器，运行最高速度为2.0GHZ(T527最高1.8GHZ)；
支持Mali-G57 MC1 GPU，支持OpenGL ES 3.2/2.0/1.0, Valkan 1.1,OpenCL 2.0
支持4K/25fps H.264视频编码，支持4K/15fps MJPEG编码；
多格式4K/60fps视频解码 (H.265,H.264,VC-1, MPEG-1/2/4, VP8) ;
支持双屏异显；支持HDMI 2.0B, 分辨率最高4K@60fps；支持LVDS，分辨率最高1920x1080@60fps；支持MIPI DSI，分辨率最高2.5K@60fps(与LVDS复用)；
支持1-4G Bytes LPDDR4X SDRAM；
支持EMMC 8G-64G大容量电子盘，可启动；
支持1路USB 3.0；支持3路USB2.0 HOST和一路OTG(TYPE-C接口)；
支持2路I2C（其中一路支持掉电唤醒）、2路PWM(应用于背光)；
支持双路千兆以太网;
支持3G/4G通信;
支持2路UART(TTL)、支持1路RS485、支持双路CAN BUS(2.0B,仅T527支持);
支持MIPI CSI - 24-lane/42-lane/ 4+2*2-lane；
操作系统的支持，可预装Android13/LINUX 5.15/Ubuntu 22.04；
尺寸为146X119MM

AHD-X527产品功能图：
AHD-X527功能图.jpg

一、A527/T527处理器简介

T527是八核64位Cortex-A55 处理器，采用全新ARM v8.2-A架构，主频最高可达1.8GHz（A527最高速度是2.0GHz），效能有大幅提升；采用22nm先进工艺，具有低功耗高性能的特点

T527集成了单核心架构 GPU，高性能VPU以及高效能 NPU。 GPU：Mail-G57，支持OpenGL ES3.2/2.0/1.1，Vulkan1.1；VPU：可实现4K 60fps H.265/H.264/VP9视频解码和1080P 60fps H.265/H.264视频编码；NPU：2.0Tops算力（特定型号支持），支持INT8/INT16混合操作。此外，兼容基于一系列框架的网络模型，如TensorFlow/MXNet/PyTorch/Caffe可轻松转换

T527支持PCIE/USB3.0/HDMI/MIPI CSI/MIPI DSI/eDP/LVDS等各类型外围接口

T527除支持Android及Linux系统外，更可适配多个主流国产OS

二、T527平台GPU
2.1、GPU简介
GPU提供了一个基于开放标准的完整图形加速平台，支持2D/3D图形渲染硬件加速。GPU的作用是为计算机系统提供强大的图形处理和计算能力，能够处理大量的图形数据并进行高效的计算，从而实现各种应用的图形渲染、数据处理和加速等功能。T527是使用Mali-G57，支持OpenGL ES1.1/2.0/3.0,Vulkan 以及OpenCL。和Rk356x系列使用的虽有区别，但是性能区别不大。Rk356x是使用Mali-G52，支持OpenGL ES1.1/2.0/3.0,Vulkan 以及OpenCL。这里不得不提RK3576，RK3576也是8核处理器，它使用大小核异构形式，RK3576虽然也是使用Mali-G52，但是它是使用G52 MC3。

注意看下G57可以跑到850Mhz,后续介绍T527 GPU使用的时候，全部把这个限制在700MHZ。
以下是RK3576的GPU的具体参数

RK3576的处理单元是3个，而T527的处理单元只有一个。T527的Pixel fillrate是1.7G，而RK3576是5.1G。看似小小的区别，其实区别很大。

当然了，如果是GPU的代差上看，RK3576是老了一代，Mali其实是ARM的Mali系列IP核，ARM mali gpu目前有四大架构，每一代架构在性能上都有提升和更高效的能耗管理：

（1）第一代微架构Utgard（北欧神话人物：乌特加德），2007年推出，主要系列有：mali-200, mali-400, mali-450, mali-470

（2）第二代微架构Midgard（北欧神话人物：米德加德），主要系列有：mali-t6xx, mali-t7xx, mali-t8xx

（3）第三代微架构Bifrost（北欧神话中连接天宫和大地的：彩虹桥），2016年推出，主要系列有：mali-g31, mali-g51, mali-g71, mali-g52, mali-g72, mali-g76

（4）第四代微架构Valhall，2019年退出，主要系列有：mali-g57, mali-g77

2.2、GPU驱动
Mali GPU 驱动一般分为两部分：一小部分在 Linux 内核中，另外一大部分在 userspace，在 usercapce 的部分向下操作内核中的驱动，向上对应用层提供标准的 OpenGL 接口，这样各种图形显示相关的应用才能通过标准的 OpenGL API 进行图形渲染加速。其结构图简单参考如下：
图1.jpg

在linux系统上使用OpenGL ES或者OpenCL接口，需要添加libmali库以及头文件， libmali有不同的版本（x11，gbm，wayland），提供了opengles，egl，opencl接口

图2.jpg

但是 mali GPU IP 提供商 Arm 公司只开放了内核部分驱动，而且这部分驱动还没有按照 linux kernel 的规范以 Drm 的框架去实现，所以它无法被 linux mainline 接受；usersapce 部分，Arm没有开源，只是以库的形式提供给购买了 mali GPU 授权的 SOC 厂商，比如 Rockchip，Amlogic。

面对这种状况，很多人为了能够利用 GPU 加速，就只能使用 SOC 原厂提供的内核，和他们定制的系统，这种内核和系统一般都比较老。如果想跑 mainline 的内核，基本就没法使用 GPU 加速了。

但是也有一部分黑客们不满于这种封锁，他们勇于探索，积极尝试，逆向了 Arm 发布的二进制库（现在ARM公司已经承认了他们，并与他们合作了），然后重写了针对 Arm mali gpu 的开源驱动，最终在 Linux 5.2 发布的时候合并到了 mainline 中：针对 Mali-400/Mali-450 的驱动叫做 lima，针对 Mali-T6xx / Mali-T7xx / Mali-T8xx GPU 和 GXX 系列的叫做 panfrost。Usersacpe 部分的开源库叫做 mesa，对 mali gpu 的支持从 mesa 19.2 开始

图3.jpg

2.3、GPU驱动使用方案
2.3.1、方案一：使用官方闭源的GPU驱动

（闭源的驱动可以通过下面途径获取到）

通过ARM官方的SDK编译下载，需要在buildroot中使能 valhall-mali，
（全志公司已经编译好了，不需要我们再编译了，并且已经集成到了SDK中）

图8.jpg.png

GPU库看似只能选择wayland/和fbdev,但是实际上在配置脚本中可以看到KMS选项，需要去掉BR2_PACKAGE_WAYLAND/ BR2_PACKAGE_WESTON_DRM，才可以选择KMS。

 config BR2_PACKAGE_GPU_UM_PUB_DEFAULT_KMS
	bool "kms(gbm + drm)"
	depends on !BR2_PACKAGE_WAYLAND && !BR2_PACKAGE_WESTON_DRM

最后会全志编译好的库复制到rootfs中，以下是支持wayland的库，也有支持KMS的库。

ping@embfly-server:/sda7/allwinner_a527/A527_Tina5.0_AIOT_V1.4.6/1.SDK/A527_Tina5.0_AIOT_V1.4.6/tina/platform/allwinner/display/libgpu/mali-g57/gcc-arm-10.3-2021.07-x86_64-aarch64-none-linux-gnu/wayland/aarch64-none-linux-gnu/lib64$ tree -L 2
.
├── cl
│   ├── libOpenCL.so -> libOpenCL.so.2
│   ├── libOpenCL.so.2 -> libOpenCL.so.2.1.0
│   └── libOpenCL.so.2.1.0
├── egl
│   ├── libEGL.so -> libEGL.so.1
│   ├── libEGL.so.1 -> libEGL.so.1.4.0
│   └── libEGL.so.1.4.0
├── gbm
│   ├── libgbm.so -> libgbm.so.1
│   ├── libgbm.so.1 -> libgbm.so.1.0.0
│   └── libgbm.so.1.0.0
├── gles1
│   ├── libGLESv1_CM.so -> libGLESv1_CM.so.1
│   ├── libGLESv1_CM.so.1 -> libGLESv1_CM.so.1.1.0
│   └── libGLESv1_CM.so.1.1.0
├── gles2
│   ├── libGLESv2.so -> libGLESv2.so.2
│   ├── libGLESv2.so.2 -> libGLESv2.so.2.1.0
│   └── libGLESv2.so.2.1.0
├── mali
│   ├── libmali.so -> libmali.so.0
│   ├── libmali.so.0 -> libmali.so.0.32.0
│   └── libmali.so.0.32.0
├── vulkan
│   ├── libvulkan.so -> libvulkan.so.1
│   ├── libvulkan.so.1 -> libvulkan.so.1.3.296
│   └── libvulkan.so.1.3.296
├── vulkan_wsi
│   └── libVkLayer_window_system_integration.so
└── wayland-egl
    ├── libwayland-egl.so -> libwayland-egl.so.1
    ├── libwayland-egl.so.1 -> libwayland-egl.so.1.0.0
    └── libwayland-egl.so.1.0.0

其实，这些库是有版本的，只是全志把他们封闭起来了，参考RK_libmali的命名规则：gpu型号-软件版本-硬件版本（如果有的话，比如说r1p0区分3288和3288w）-编译选项。

注意gbm是配置drm使用的memory机制，如果不是3.10的kernel，不要用fbdev的。

(1)gbm：是给qt+eglfs这样的程序用的，不依赖x11,wayland。

(2)wayland：给wayland使用。

(3)X11：是给xorg使用的。

2.3.2、方案二：使用开源的mesa

这种方案要利用 linux kernel 的 Panfrost 驱动 + userspace 的 mesa 来解锁 3D 图形加速功能。但是这种方案对内核版本有要求，需要在5.2以上，但是瑞芯微提供的4.19的kernel版本还没有支持Panfrost 驱动，需要使用5.10内核版本的
图3-1.jpg
进一步深究，这个mesa库编译出来库都有什么呢？以下是编译出来的内容：

├── dri
│   ├── armada-drm_dri.so
│   ├── asahi_dri.so
│   ├── etnaviv_dri.so
│   ├── exynos_dri.so
│   ├── hx8357d_dri.so
│   ├── i830_dri.so
│   ├── i915_dri.so
│   ├── i965_dri.so
│   ├── ili9225_dri.so
│   ├── ili9341_dri.so
│   ├── imx-dcss_dri.so
│   ├── imx-drm_dri.so
│   ├── ingenic-drm_dri.so
│   ├── kgsl_dri.so
│   ├── kms_swrast_dri.so
│   ├── lima_dri.so
│   ├── mcde_dri.so
│   ├── mediatek_dri.so
│   ├── meson_dri.so
│   ├── mi0283qt_dri.so
│   ├── msm_dri.so
│   ├── mxsfb-drm_dri.so
│   ├── nouveau_vieux_dri.so
│   ├── panfrost_dri.so
│   ├── pl111_dri.so
│   ├── r200_dri.so
│   ├── r300_dri.so
│   ├── r600_dri.so
│   ├── r600_drv_video.so
│   ├── radeon_dri.so
│   ├── repaper_dri.so
│   ├── rockchip_dri.so
│   ├── st7586_dri.so
│   ├── st7735r_dri.so
│   ├── stm_dri.so
│   ├── sun4i-drm_dri.so
│   ├── swrast_dri.so
│   ├── v3d_dri.so
│   ├── vc4_dri.so
│   ├── virtio_gpu_dri.so
│   └── zink_dri.so
├── libEGL.so -> libEGL.so.1
├── libEGL.so.1 -> libEGL.so.1.0.0
├── libEGL.so.1.0.0
├── libgbm.so -> libgbm.so.1
├── libgbm.so.1 -> libgbm.so.1.0.0
├── libgbm.so.1.0.0
├── libglapi.so -> libglapi.so.0
├── libglapi.so.0 -> libglapi.so.0.0.0
├── libglapi.so.0.0.0
├── libGLESv1_CM.so -> libGLESv1_CM.so.1
├── libGLESv1_CM.so.1 -> libGLESv1_CM.so.1.1.0
├── libGLESv1_CM.so.1.1.0
├── libGLESv2.so -> libGLESv2.so.2
├── libGLESv2.so.2 -> libGLESv2.so.2.0.0
├── libGLESv2.so.2.0.0
├── libGL.so -> libGL.so.1
├── libGL.so.1 -> libGL.so.1.2.0
├── libGL.so.1.2.0
├── libxatracker.so -> libxatracker.so.2
├── libxatracker.so.2 -> libxatracker.so.2.5.0
├── libxatracker.so.2.5.0
└── pkgconfig

说明：这里dri目录下的内容是和平台相关的（比如i915是intel的，lima和panfrost是mali的，只是支持的代数不一样而已）。T527平台就是选择的panfrost驱动。同时我们也可以看到libGLESv2.so/ libGL.so/ libEGL.so/ libgbm.so等身影，其实他们和ARM官方提供库名字是一致的。不过ARM官方提供的功能更全，而mesa只能算是阉割版本。