Ramfb: Difference between revisions

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== Introduction ==
ramfb is a simple way to get graphics on QEMU via a framebuffer in memory on embedded platforms like ARM or riscv.
It works by adding <code>-device ramfb</code> to your QEMU command line and then configuring ramfb via fw_cfg.
ramfb requires QEMU DMA support which should be available on platforms that have fw_cfg as MMIO (as opposed to x86 IO ports).

== Explanation ==
To initialize the ramfb device we need to write the following structure to the fw_cfg entry with the name <code>etc/ramfb</code> using [[QEMU_fw_cfg#DMA]]:
<source lang="c">
struct RAMFBCfg {
uint64_t addr;
uint32_t fourcc;
uint32_t flags;
uint32_t width;
uint32_t height;
uint32_t stride;
};
</source>
The field fourcc is a 4 letter code that identifies the pixelformat expected by the framebuffer. The available fourcc codes can be found in the [https://github.com/qemu/qemu/blob/master/include/standard-headers/drm/drm_fourcc.h qemu source code]

After that the framebuffer will be mapped at the address specified in the addr field. Writing pixel data to it will immediately show the pixels on screen.

== Example ==
A minimal rust example would be:
<source lang="c">
use core::ffi::CStr;
use core::ptr::addr_of;
use core::mem;

#[repr(C)]
struct FWCfgFile {
size: u32,
select: u16,
reserved: u16,
name: [u8; 56]
}

#[repr(C, packed)]
struct FWCfgDmaAccess {
control: u32,
len: u32,
addr: u64
}

#[repr(C, packed)]
struct RamFBCfg {
addr: u64,
fmt: u32,
flags: u32,
w: u32,
h: u32,
st: u32
}

const QEMU_CFG_DMA_CTL_READ: u32 = 0x02;
const QEMU_CFG_DMA_CTL_SELECT: u32 = 0x08;
const QEMU_CFG_DMA_CTL_WRITE: u32 = 0x10;

unsafe fn qemu_dma_transfer (control: u32, len: u32, addr: u64) {
// Address of the DMA register on the aarch64 virt board
let fw_cfg_dma: *mut u64 = 0x9020010 as *mut u64;
let dma = FWCfgDmaAccess {
control: control.to_be(),
len: len.to_be(),
addr: addr.to_be()
};
unsafe {
fw_cfg_dma.write_volatile((addr_of!(dma) as u64).to_be());
}
// Wait until DMA completed or error bit set
}

pub fn setup_ramfb(fb_addr: *mut u8, width: u32, height: u32) {
let mut num_entries: u32 = 0;
let fw_cfg_file_directory = 0x19;
unsafe {
qemu_dma_transfer((fw_cfg_file_directory << 16
| QEMU_CFG_DMA_CTL_SELECT
| QEMU_CFG_DMA_CTL_READ) as u32,
mem::size_of::<u32>(),
addr_of!(num_entries) as u64);
}

// QEMU DMA is BE so need to byte swap arguments and results on LE
num_entries = num_entries.to_be();

let ramfb = FWCfgFile {
size: 0,
select: 0,
reserved: 0,
name: [0; 56]
};

for _ in 0..num_entries {
unsafe {
qemu_dma_transfer(QEMU_CFG_DMA_CTL_READ,
mem::size_of::<FWCfgFile>() as u32,
addr_of!(ramfb) as u64);
}
let entry = CStr::from_bytes_until_nul(&ramfb.name).unwrap();
let entry = entry.to_str().unwrap();
if entry == "etc/ramfb" {
break;
}
}

// See fourcc:
// https://github.com/qemu/qemu/blob/54294b23e16dfaeb72e0ffa8b9f13ca8129edfce/include/standard-headers/drm/drm_fourcc.h#L188
let pixel_format = ('R' as u32) | (('G' as u32) << 8) |
(('2' as u32) << 16) | (('4' as u32) << 24);

// Stride 0 means QEMU calculates from bpp_of_format*width:
// https://github.com/qemu/qemu/blob/54294b23e16dfaeb72e0ffa8b9f13ca8129edfce/hw/display/ramfb.c#L60
let ramfb_cfg = RamFBCfg {
addr: (fb_addr as u64).to_be(),
fmt: (pixel_format).to_be(),
flags: (0 as u32).to_be(),
w: (width as u32).to_be(),
h: (height as u32).to_be(),
st: (0 as u32).to_be()
};

unsafe {
qemu_dma_transfer((ramfb.select.to_be() as u32) << 16
| QEMU_CFG_DMA_CTL_SELECT
| QEMU_CFG_DMA_CTL_WRITE, mem::size_of::<RamFBCfg>() as u32,
addr_of!(ramfb_cfg) as u64);
}
}
</source>

Now you should be able to write to the address you passed as a framebuffer and see the result on screen:
<source lang="c">
for x in 0..(stride*height) {
fb_addr.add(x as usize).write_volatile(0xFF);
}
</source>

This should produce a white screen.

== See Also ==
[[QEMU_fw_cfg#DMA]]

== External Links ==
[https://www.qemu.org/docs/master/specs/fw_cfg.html QEMU fw_cfg Documentation]

[https://github.com/qemu/qemu/blob/master/include/standard-headers/drm/drm_fourcc.h QEMU fourcc source]

[https://github.com/luickk/qemu-ramfb-aarch64-driver/tree/main Example code in C]

[https://github.com/arrynfr/salmon_salad/blob/efd026052eb214a8fe30159c36c153d4b3fe429e/src/driver/qemu/ramfb.rs Example code in rust]

Revision as of 13:31, 7 June 2024

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