Короткая ссылка: 20250620G

Докладчик: Денис Молодяков

Цель и подход:

Разработка универсальных дисплейных драйверов для микроядерной ОС KasperskyOS

Выбор интерфейса DRM/KMS из Linux для совместимости с прикладным ПО

Анализ решений в открытых ОС: Linux (оптимален), Android (закрытые компоненты), Fuchsia (недостаточно зрелый)

Реализации драйверов:

Intel UHD Graphics: аппаратные блоки соответствуют модели KMS

BGA (Bochs Graphics Adapter): простой эмулируемый контроллер с доступом к фреймбуферу

Virtio GPU: паравиртуализованное решение для гостевых ОС с кодированием данных

MediaTek: сложный аппаратный конвейер с коррекцией цвета и специализированными блоками

Особенности микроядерной архитектуры:

Изоляция компонентов и взаимодействие через IPC

Ограничения: временные задержки, передача параметров по значению

Обработка прерываний в пользовательском пространстве

Контроль данных монитором безопасности

Управление доступом через политики безопасности

Преимущества и выводы:

Совместимость с графическими фреймворками и композиторами

Необходимость эмуляции KMS-блоков на платформах, отличных от Intel

Временные задержки при инициализации и смене режимов (не критично)

Безопасность: гранулярный контроль данных и прав доступа

Содержание

1 Видео
2 Thesis
3 Разработка DRM-совместимых дисплейных драйверов для микроядерной ОС

Видео

on youtube

Thesis

Разработка DRM-совместимых дисплейных драйверов для микроядерной ОС

При разработке дисплейных драйверов для ОС общего назначения ключевая сложность – определение универсального интерфейса взаимодействия с вышестоящим уровнем (инфраструктура, прикладное ПО). Среди ОС с открытым исходным кодом анализировались:

Linux и Android (интересны, но в Android закрыты компоненты render path)
Fuchsia (мало инсталляций, решения не отработаны)

В KasperskyOS выбран интерфейс DRM (Direct Rendering Manager) из Linux. Доклад отражает опыт разработки и портирования видео-драйверов под этот интерфейс.

Общие сведения о DRM/KMS

За доступ к ресурсам видеокарты в Linux отвечает компонент ядра DRM. Графический стек делится на:

Render path (не рассматривается)
Display path (дисплейные драйверы + управление устройствами отображения)

KMS device model – подсистема DRM, определяющая модель конвейера отображения (display pipeline). Основные логические блоки:

Planes
CRTCs (Cathode-Ray Tube Controller)
Encoders
Connectors

Примеры реализации дисплейных драйверов в KasperskyOS

Intel UHD Graphics: Аппаратные блоки дисплейного контроллера соответствуют логическим блокам модели KMS. Архитектура рассмотрена на примере графического ускорителя Intel.
BGA (Bochs Graphics Adapter): Простейший контроллер, эмулируемый qemu для x86_64. Предоставляет доступ к LFB (Linear FrameBuffer). Логические блоки KMS эмулируют аппаратуру.
Virtio GPU: Драйвер паравиртуализованной видеокарты для ОС-"гостя". Данные кодируются в гостевой ОС и декодируются эмулятором по спецификации virtio. Представлена структурная схема работы.
MediaTek: Сложный аппаратный конвейер (Overlayer, блоки коррекции цвета, Gamma correction, RDMA, DSI). Описаны архитектура аппаратной части и программной реализации.

Особенности драйверов для микроядерной архитектуры

Компоненты изолированы, взаимодействие через IPC:

Временной лаг при взаимодействии с компонентами платформы
Передача параметров by-value (отсутствуют механизмы copy-from-user/copy-to-user)
Обработка прерываний в user space (критично для событий hot-plug)
Контроль трансфера данных (включая объекты видеопамяти) монитором безопасности KasperskyOS
Управление доступом через политики безопасности

Выводы

Преимущество совместимости с прикладным ПО (фреймворки, композиторы)
Модель KMS ориентирована на архитектуру Intel, требует эмуляции блоков конвейера на других платформах
Временные штрафы при инициализации и смене режимов (не критично из-за редкости операций)
Изоляция обеспечивает:
- Гранулярный контроль потоков данных
- Регулирование прав через политики безопасности