K510 开发记录：通用 CMake 交叉编译 + DRM 显示测试

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前言
开发环境及开发方式
前言
交叉编译工具链确认：gcc、sysroot、可用性
cmake
[写一个通用 toolchain-k510.cmake（以后所有项目复用）](#写一个通用 toolchain-k510.cmake（以后所有项目复用）)
[用 CMake 编译第一个程序并上板验证](#用 CMake 编译第一个程序并上板验证)
UI学习

前言

在上一篇完成了交叉编译环境的配置后，下一步我准备配置一个通用的开发工程

首先说一下我的开发方式

开发环境及开发方式

windows下，使用vscode+copilot开发，我并没有sh@[toc]

前言

在上一篇完成了交叉编译环境的配置后，下一步我准备配置一个通用的开发工程首先说一下我的开发方式# 开发环境及开发方式windows下，使用vscode+copilot开发，我并没有直接使用remote wsl，原因很简单，ubuntu20下，copilot无法连接到服务器，所以选择直接打开wsl文件，同时在容器下挂载wsl2。

实现路径为

windows下修改代码 -- 容器下编译 -- wsl2下实现scp/ssh等命令 -- 板子上运行验证

交叉编译工具链确认：gcc、sysroot、可用性

在容器内（我这里是官方 k510_env）先确认工具链存在且可用：

bash 复制代码

TC=/opt/k510_buildroot/toolchain/nds64le-linux-glibc-v5d

$TC/bin/riscv64-linux-gcc -dumpmachine
$TC/bin/riscv64-linux-gcc -print-sysroot
$TC/bin/riscv64-linux-gcc -v 2>&1 | head -10

我这里输出的关键信息类似：

Target: riscv64-linux
gcc version 7.3.0 ...
sysroot：
/opt/k510_buildroot/toolchain/nds64le-linux-glibc-v5d/.../sysroot

另外，我也确认了 buildroot 生成的 sysroot（后面编译 DRM 会用到）：

bash 复制代码

BR_SYSROOT=/opt/k510_buildroot/k510_crb_lp3_v1_2_defconfig/host/riscv64-buildroot-linux-gnu/sysroot
test -d "$BR_SYSROOT" && echo "BR_SYSROOT OK: $BR_SYSROOT"

cmake

我第一次准备 cmake -S -B 的时候，直接报：

bash 复制代码

bash: cmake: command not found

这其实很常见：很多编译镜像只保证 SDK 能跑，不保证你"现代工程"那套工具齐全。

解决思路只有一个：在容器里装 cmake。

如果容器里有包管理器（apt/yum），最直接：

bash 复制代码

apt-get update
apt-get install -y cmake make ninja-build pkg-config

如果镜像没有 apt，那就只能：

用官方提供脚本/方式装，或

改用 "开发型镜像"，或

自己做一个基于该镜像的 Dockerfile，把 cmake 装进去

我的原则：一旦 CMake 跑起来，后面就全是正收益。

写一个通用 toolchain-k510.cmake（以后所有项目复用）

我在 /opt/apps/cmake/ 放了一个通用 toolchain 文件：toolchain-k510.cmake，之后所有项目都能复用。

cmake 复制代码

set(CMAKE_SYSTEM_NAME Linux)
set(CMAKE_SYSTEM_PROCESSOR riscv64)

set(TOOLCHAIN_DIR "/opt/k510_buildroot/toolchain/nds64le-linux-glibc-v5d")

set(CMAKE_C_COMPILER   "${TOOLCHAIN_DIR}/bin/riscv64-linux-gcc")
set(CMAKE_CXX_COMPILER "${TOOLCHAIN_DIR}/bin/riscv64-linux-g++")

# 工具链自带 sysroot
set(CMAKE_SYSROOT "${TOOLCHAIN_DIR}/riscv64-linux/sysroot")

# 让 CMake 在 sysroot 内找头文件/库
set(CMAKE_FIND_ROOT_PATH "${CMAKE_SYSROOT}")
set(CMAKE_FIND_ROOT_PATH_MODE_PROGRAM NEVER)
set(CMAKE_FIND_ROOT_PATH_MODE_LIBRARY ONLY)
set(CMAKE_FIND_ROOT_PATH_MODE_INCLUDE ONLY)
set(CMAKE_FIND_ROOT_PATH_MODE_PACKAGE ONLY)

# 避免 try_run
set(CMAKE_TRY_COMPILE_TARGET_TYPE STATIC_LIBRARY)

之后所有开发测试，我都可以直接使用cmake配置

用 CMake 编译第一个程序并上板验证

把之前的hello.c放到单独的hello目录下，同时改名为main.c

之后创建CMakeLists.txt

cmake 复制代码

cmake_minimum_required(VERSION 3.16)
project(hello_k510 C)
add_executable(hello_k510 main.c)

编译：

bash 复制代码

cmake -S . -B build -DCMAKE_TOOLCHAIN_FILE=/opt/apps/cmake/toolchain-k510.cmake
cmake --build build -j$(nproc)

拷贝到板子运行（此处 IP 按你的实际替换）：

bash 复制代码

scp build/hello_k510 root@192.168.0.104:/root/

板子：

sh 复制代码

chmod +x /root/hello_k510
/root/hello_k510
# Hello, World!

UI学习

之后，我准备学习UI部分开发，最开始准备用/dev/fb0，但是很可惜，板子上并没有

sh 复制代码

ls -l /dev/fb*
# ls: /dev/fb*: No such file or directory

[root@canaan ~ ]$ cat /proc/fb 2>/dev/null || true
[root@canaan ~ ]$

但另一方面，DRM 是存在的：

sh 复制代码

[root@canaan ~ ]$ ls -l /dev/dri
total 0
crw-rw----    1 root     root      226,   0 Jan  1  1970 card0
[root@canaan ~ ]$

并且系统里有一个 demo 在跑（典型是摄像头到屏幕）：

sh 复制代码

ps -ef | grep -iE "weston|wayland|demo|camera|vo|drm" | grep -v grep
#  192 root  ... ./v4l2_drm.out -f video_drm_1920x1080.conf ...

通过AI，我写了一个最基础的刷屏程序，执行路径是

打开 /dev/dri/card0
找 connector / mode
创建 dumb buffer + addFB
drmModeSetCrtc() 接管显示
mmap 后直接写像素（比如全屏填充某个颜色）
这一步不追求复杂 UI，只追求一个事实：我能从应用层直接控制屏幕输出（DRM）
贴上drm_color.c的代码

c 复制代码

/*
 * DRM 颜色测试程序
 * 功能：使用 DRM (Direct Rendering Manager) 接口直接控制显示输出，
 *       在屏幕上显示交替闪烁的蓝色和红色画面
 */

#include <errno.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdint.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <sys/mman.h>
#include <unistd.h>

#include <drm/drm.h>
#include <drm/drm_mode.h>
#include <xf86drm.h>
#include <xf86drmMode.h>

/*
 * die - 错误处理函数
 * @msg: 错误信息字符串
 * 
 * 功能：打印错误信息并退出程序
 * 返回值：无（程序直接退出）
 */
static void die(const char* msg) { perror(msg); exit(1); }

/*
 * make_xrgb - 生成 XRGB8888 格式的颜色值
 * @r: 红色分量 (0-255)
 * @g: 绿色分量 (0-255)
 * @b: 蓝色分量 (0-255)
 * 
 * 功能：将 RGB 颜色值转换为 XRGB8888 格式的 32 位颜色
 *       XRGB8888 格式：[31:24]=0xFF, [23:16]=R, [15:8]=G, [7:0]=B
 * 返回值：32 位 XRGB8888 格式颜色值
 */
static uint32_t make_xrgb(uint8_t r, uint8_t g, uint8_t b) {
  return (0xFFu << 24) | (r << 16) | (g << 8) | b; // XRGB8888
}

int main(int argc, char** argv) {
  // 获取 DRM 设备路径，默认为 /dev/dri/card0
  const char* dev = (argc >= 2) ? argv[1] : "/dev/dri/card0";
  
  /*
   * open - 打开 DRM 设备
   * 参数：设备路径, O_RDWR（读写模式）| O_CLOEXEC（执行时关闭）
   * 功能：获取 DRM 设备的文件描述符，用于后续所有 DRM 操作
   */
  int fd = open(dev, O_RDWR | O_CLOEXEC);
  if (fd < 0) die("open drm");

  /*
   * drmModeGetResources - 获取 DRM 资源信息
   * 参数：DRM 设备文件描述符
   * 功能：获取 DRM 设备的所有可用资源，包括：
   *       - connectors（连接器）：显示器接口
   *       - encoders（编码器）：信号转换器
   *       - crtcs（CRTC）：显示控制器
   *       - framebuffers（帧缓冲）：显示内存
   * 返回值：指向资源结构体的指针，失败返回 NULL
   */
  drmModeRes* res = drmModeGetResources(fd);
  if (!res) die("drmModeGetResources");

  drmModeConnector* conn = NULL;
  uint32_t conn_id = 0;
  drmModeModeInfo mode = {0};

  // 遍历所有连接器，查找已连接的显示器
  for (int i = 0; i < res->count_connectors; i++) {
    /*
     * drmModeGetConnector - 获取连接器信息
     * 参数：DRM 设备文件描述符, 连接器 ID
     * 功能：获取指定连接器的详细信息，包括：
     *       - connection 状态（已连接/未连接）
     *       - 支持的显示模式列表
     *       - 物理尺寸等属性
     * 返回值：指向连接器结构体的指针，失败返回 NULL
     */
    drmModeConnector* c = drmModeGetConnector(fd, res->connectors[i]);
    if (!c) continue;
    // 检查连接器是否已连接显示器且有可用的显示模式
    if (c->connection == DRM_MODE_CONNECTED && c->count_modes > 0) {
      conn = c;
      conn_id = c->connector_id;
      mode = c->modes[0]; // 选择第一个可用模式（通常是首选分辨率）
      break;
    }
    /*
     * drmModeFreeConnector - 释放连接器资源
     * 参数：连接器结构体指针
     * 功能：释放 drmModeGetConnector 分配的内存
     */
    drmModeFreeConnector(c);
  }

  if (!conn) {
    fprintf(stderr, "No connected connector found.\n");
    return 2;
  }

  // 查找编码器和 CRTC
  drmModeEncoder* enc = NULL;
  /*
   * drmModeGetEncoder - 获取编码器信息
   * 参数：DRM 设备文件描述符, 编码器 ID
   * 功能：获取编码器信息，编码器负责将 CRTC 的数字信号转换为
   *       连接器所需的物理信号格式（如 HDMI、DisplayPort 等）
   * 返回值：指向编码器结构体的指针，失败返回 NULL
   */
  if (conn->encoder_id) enc = drmModeGetEncoder(fd, conn->encoder_id);

  uint32_t crtc_id = 0;
  if (enc && enc->crtc_id) {
    crtc_id = enc->crtc_id;
  } else {
    // 备用方案：如果没有找到编码器关联的 CRTC，使用第一个可用的 CRTC
    if (res->count_crtcs > 0) crtc_id = res->crtcs[0];
  }
  if (!crtc_id) {
    fprintf(stderr, "No CRTC found.\n");
    return 3;
  }

  /*
   * 创建 dumb buffer（简单缓冲区）
   * Dumb buffer 是 DRM 提供的一种简单的显存分配机制，适用于简单的图形显示
   * 不适合复杂的 3D 渲染，但足够用于 2D 显示和测试
   */
  struct drm_mode_create_dumb creq;
  memset(&creq, 0, sizeof(creq));
  creq.width = mode.hdisplay;    // 设置缓冲区宽度（水平像素数）
  creq.height = mode.vdisplay;   // 设置缓冲区高度（垂直像素数）
  creq.bpp = 32;                 // 每像素位数（32 位 = XRGB8888）

  /*
   * DRM_IOCTL_MODE_CREATE_DUMB - 创建 dumb buffer
   * 参数：DRM 设备文件描述符, 创建请求结构体
   * 功能：在显存中分配一块缓冲区，用于存储像素数据
   *       返回的 creq 结构体包含：
   *       - handle: 缓冲区句柄
   *       - pitch: 每行字节数（可能包含对齐填充）
   *       - size: 缓冲区总字节数
   * 返回值：成功返回 0，失败返回负数
   */
  if (ioctl(fd, DRM_IOCTL_MODE_CREATE_DUMB, &creq) < 0) die("CREATE_DUMB");

  uint32_t handle = creq.handle;
  uint32_t pitch = creq.pitch;
  uint64_t size = creq.size;

  /*
   * drmModeAddFB - 创建帧缓冲对象（Framebuffer）
   * 参数：DRM 设备文件描述符, 宽度, 高度, 颜色深度, 每像素位数, 
   *       行间距, 缓冲区句柄, 输出的帧缓冲 ID
   * 功能：将 dumb buffer 封装为帧缓冲对象，这样 CRTC 才能扫描输出
   *       帧缓冲是 DRM 用于显示的抽象层，连接内存缓冲区和显示硬件
   * 返回值：成功返回 0，失败返回非 0
   */
  uint32_t fb_id = 0;
  if (drmModeAddFB(fd, creq.width, creq.height, 24, 32, pitch, handle, &fb_id) != 0)
    die("drmModeAddFB");

  /*
   * 映射 dumb buffer 到用户空间
   * 这样程序就可以直接读写缓冲区内容
   */
  struct drm_mode_map_dumb mreq;
  memset(&mreq, 0, sizeof(mreq));
  mreq.handle = handle;
  
  /*
   * DRM_IOCTL_MODE_MAP_DUMB - 获取 dumb buffer 的映射偏移量
   * 参数：DRM 设备文件描述符, 映射请求结构体
   * 功能：查询缓冲区在设备内存空间中的偏移量，用于后续 mmap 调用
   * 返回值：成功返回 0，返回的 mreq.offset 包含映射偏移量
   */
  if (ioctl(fd, DRM_IOCTL_MODE_MAP_DUMB, &mreq) < 0) die("MAP_DUMB");

  /*
   * mmap - 将 dumb buffer 映射到用户空间
   * 参数：地址（0=自动选择）, 大小, 保护标志（读写）, 
   *       映射标志（共享）, 文件描述符, 偏移量
   * 功能：在用户进程的地址空间中创建显存的映射，允许直接访问显存
   * 返回值：成功返回映射地址，失败返回 MAP_FAILED
   */
  void* map = mmap(0, size, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, mreq.offset);
  if (map == MAP_FAILED) die("mmap");

  /*
   * drmModeSetCrtc - 设置 CRTC 配置并启动显示
   * 参数：DRM 设备文件描述符, CRTC ID, 帧缓冲 ID, 
   *       X 偏移, Y 偏移, 连接器 ID 数组, 连接器数量, 显示模式
   * 功能：配置显示控制器（CRTC），将指定的帧缓冲内容输出到连接器
   *       这是 DRM 中最核心的接口，完成显示管线的最终配置
   *       CRTC 会按照指定的模式（分辨率、刷新率）扫描帧缓冲并输出
   * 返回值：成功返回 0，失败返回非 0
   */
  if (drmModeSetCrtc(fd, crtc_id, fb_id, 0, 0, &conn_id, 1, &mode) != 0)
    die("drmModeSetCrtc");

  // 打印成功信息
  fprintf(stderr, "DRM OK: %ux%u @ %s (conn=%u crtc=%u fb=%u)\n",
          mode.hdisplay, mode.vdisplay, mode.name, conn_id, crtc_id, fb_id);

  /*
   * 颜色绘制循环
   * 功能：不断交替绘制蓝色和红色满屏画面
   */
  uint32_t* p = (uint32_t*)map;  // 将映射地址转换为 32 位整数指针（每像素 4 字节）
  size_t pixels = (size_t)(pitch / 4) * mode.vdisplay;  // 计算总像素数

  for (int t = 0;; t++) {
    // 根据循环次数选择颜色：偶数次显示蓝色，奇数次显示红色
    uint32_t c = (t % 2 == 0) ? make_xrgb(10, 30, 200) : make_xrgb(200, 30, 10);
    
    // 填充整个缓冲区
    for (size_t i = 0; i < pixels; i++) p[i] = c;
    
    /*
     * msync - 同步内存映射区域
     * 参数：映射地址, 大小, 同步标志（MS_SYNC=同步写入）
     * 功能：确保缓冲区的修改已经写入到实际的显存中
     *       对于某些硬件，这一步是必须的，否则显示可能不更新
     * 返回值：成功返回 0，失败返回 -1
     */
    msync(map, size, MS_SYNC);
    
    // 等待 1 秒后切换颜色
    sleep(1);
  }

  return 0;
}

之后编译报错，找不到drm.h

我在容器 sysroot 里确认了：

bash 复制代码

SYSROOT=/opt/k510_buildroot/k510_crb_lp3_v1_2_defconfig/host/riscv64-buildroot-linux-gnu/sysroot

ls $SYSROOT/usr/include/xf86drm.h
ls $SYSROOT/usr/include/xf86drmMode.h
ls $SYSROOT/usr/lib/libdrm.so*

这些都存在，但编译时报：

复制代码

fatal error: drm.h: No such file or directory
#include <drm.h>

继续查才发现 drm.h 实际在：

bash 复制代码

ls -l $SYSROOT/usr/include/libdrm/drm.h
ls -l $SYSROOT/usr/include/drm/drm.h

也就是说：头文件路径不是默认 include 根目录，CMake 需要显式加 include 目录。

解决办法：在 CMakeLists.txt 加 include dirs

cmake 复制代码

add_executable(drm_color drm_color.c)

target_include_directories(drm_color PRIVATE
  /opt/k510_buildroot/k510_crb_lp3_v1_2_defconfig/host/riscv64-buildroot-linux-gnu/sysroot/usr/include/libdrm
  /opt/k510_buildroot/k510_crb_lp3_v1_2_defconfig/host/riscv64-buildroot-linux-gnu/sysroot/usr/include/drm
)

target_link_libraries(drm_color drm)

重新编译通过：

bash 复制代码

cmake -S . -B build -DCMAKE_TOOLCHAIN_FILE=/opt/apps/cmake/toolchain-k510.cmake
cmake --build build -j$(nproc)

之后再板子上运行

sh 复制代码

[root@canaan ~ ]$ ./drm_color
DRM OK: 1080x1920 @ 1080x1920 (conn=49 crtc=57 fb=59)

同时可以看到板子呈现红蓝颜色变化

到这一步，最基础的开发框架搭建，就打通了