在 i.MX8MP 平台上使用 Vivante GPU 运行 Weston：原理、配置与完整调试指南

一、项目背景与目标

本项目旨在构建一个完整的 AI 图像显示系统，核心流程如下：

• 使用 USB 摄像头采集图像；
• 基于 Chromium 浏览器展示 AI 页面（例如模型识别结果）；
• 通过 Vivante GPU 实现硬件加速渲染；
• 最终在 LVDS 接口的 LCD 屏幕上输出画面。

关键要求是：必须确保 Weston 合成器使用 Vivante GPU 实现 EGL 硬件渲染，避免退回 Pixman 软件栈。

整个过程中，涉及 GPU 驱动初始化、seat 权限设置、内核与用户态接口兼容性等多个关键点。本文将从硬件、驱动、系统配置、调试与验证等角度全面讲解。

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二、Vivante GPU 的硬件结构：为什么原理图中看不到？

i.MX8MP 集成了 Vivante GC7000UL GPU，它作为 SoC 内部的固定功能模块（硬核 IP）存在：

• 与 CPU、NPU、VPU 等并列，共享系统总线与内存；
• 不通过外部引脚与电路连接，因此不会在硬件原理图中体现；
• 所有图像渲染处理均通过 SoC 内部的 AXI 总线传输。

这种设计在现代 SoC 中十分常见。例如 GPU 的渲染结果会通过 LCDIF（图像显示控制器）输出到 LVDS/HDMI 接口，这部分才会出现在电路图中。

SoC 内部图形输出逻辑结构：

[ DDR DRAM ]
    ▲
    │（共享内存）
    ▼
[ Vivante GPU (GC7000UL) ]
    │
    ▼
[ LCDIF Controller / HDMI CRTC ]
    │
    ▼
[ LVDS Bridge / HDMI PHY ]
    │
    ▼
[ 屏幕显示设备（LVDS/HDMI） ]

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三、软件栈结构：Weston 与 Vivante GPU 的交互路径

1. 用户空间软件栈

[ 应用程序：Weston / Chromium / GTK+ ]
    ↓
[ 图形库：libEGL.so / libGAL.so / libGLESv2.so （来自 imx-gpu-viv） ]
    ↓
[ DRM 设备节点：/dev/dri/card0, /dev/dri/renderD128 ]

2. 内核空间软件栈

[ /dev/dri/card0 / renderD128 ]
    ↓
[ etnaviv DRM 驱动（drivers/gpu/drm/etnaviv/） ]
    ↓
[ GPU 寄存器 + 内部命令队列 + AXI 总线访问 ]
    ↓
[ 输出至 LCDIF → LVDS/HDMI 接口 ]

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四、Weston 的 seat 权限管理机制

Weston 必须获取输入设备（/dev/input/）、显卡设备（/dev/dri/）的权限，这依赖 “seat 权限控制”。嵌入式系统中常见两种方案：

权限方案	描述	使用场景
systemd-logind	基于 D-Bus 的完整权限控制	Desktop Linux（如 Ubuntu）
seatd	轻量级 socket 权限控制，Yocto 官方推荐	无 systemd 的嵌入式系统

seatd 的使用方式

1. 使用 seatd-launch 启动 weston（推荐方式）：

seatd-launch -- weston --log=/tmp/weston.log

2. 手动启动 seatd 并设置环境变量：

seatd &
export XDG_RUNTIME_DIR=/run/user/0
export WESTON_LAUNCHER=seatd
weston --backend=drm-backend.so --log=/tmp/weston.log

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五、常见问题分析与调试手段

问题一：seatd 启动无效，Weston 报错 “should provide logind or seatd”

错误现象：

• seatd-launch 报错 invalid option -- '-' → 是裁剪版或 busybox shell 替代品；
• seatd --group=root 报 invalid option → seatd 被裁剪，无法传参；

✅ 正确做法：

seatd &
export WESTON_LAUNCHER=seatd
export XDG_RUNTIME_DIR=/run/user/0
weston --backend=drm-backend.so --log=/tmp/weston.log

问题二：Weston 崩溃，日志显示 G2D 初始化失败（g2d_open status -24）

HAL user version: 6.4.11.658245
HAL kernel version: 6.4.11.684571
g2d_open: fail with status -24
Segmentation fault (SEGV)

解释：GPU 用户空间库（libg2d-viv.so）与内核 galcore 模块版本不匹配。

✅ 正确做法：

• 所有 GPU 相关组件（libGAL、libEGL、libg2d、内核驱动）必须版本匹配；
• 在 Yocto 中锁定版本，建议添加：

PREFERRED_VERSION_imx-gpu-viv = "6.4.11.p1-aarch64"
PREFERRED_VERSION_imx-gpu-viv-bin-mx8 = "6.4.11.p1-aarch64"

• 禁止混用不同 BSP 分支或 layer 来源。

✅ 临时调试手段（不使用 GPU）：

weston --use-pixman  # 启用软件渲染

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六、Yocto 构建建议（支持 seatd + GPU + Weston）

在 local.conf 中添加：

DISTRO_FEATURES:append = " wayland opengl pam systemd"

IMAGE_INSTALL:append = " \
  weston \
  seatd \
  seatd-launch \
  imx-gpu-viv \
  libgal-imx \
  imx-gpu-viv-tools \
"

说明：

• weston：Wayland 合成器；
• seatd：权限管理器；
• imx-gpu-viv：包含 libEGL/libGAL/GPU 用户态库；
• libgal-imx：GPU 功能封装；
• imx-gpu-viv-tools：工具集，包括 g2d_test 等测试工具。

建议构建 imx-image-multimedia 或 fsl-image-qt5-validation-imx 镜像，避免自定义镜像缺包。

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七、GPU 启动验证方法

1. 验证 Weston 使用硬件渲染：

cat /tmp/weston.log | grep renderer

输出应包含：

renderer: EGL hardware (Vivante GC7000xxxx)

2. 检查 GPU 节点是否创建：

ls /dev/dri/

应包含：

• /dev/dri/card0
• /dev/dri/renderD128

3. 检查内核驱动是否初始化成功：

dmesg | grep -i vivante

期望输出示例：

[drm] Initialized vivante 1.0.0 20170808 for 40000000.mix_gpu_ml on minor 0

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八、总结与实战建议

• Yocto 中 GPU 驱动问题多来自 版本不匹配或裁剪缺失；
• 推荐使用 NXP 官方 BSP，避免混合不同 layer；
• Weston 启动失败大多与权限管理或用户态库不兼容有关；
• seat 权限系统在嵌入式中推荐使用 seatd，配置简单、体积小；
• 在开发初期，--use-pixman 可以作为故障隔离手段。

本项目从硬件架构、GPU 驱动、seat 权限、Yocto 配置到 weston 启动机制进行了全面梳理，为后续浏览器运行 AI 模型、图形显示打通底层图形加速通路。

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视频教程请关注 B 站：“嵌入式 Jerry”