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1、Linux下的帧缓冲lcd应用编程及Framebuffer驱动程序模型一、Linux的帧缓冲设备帧缓冲（framebuffer）是 Linux 为显示设备提供的一个接口，把显存抽象后的一种设备，他允许上层应用程序在图形模式下直接对显示缓冲区进行读写操作。这种操作是抽象的，统一的。用户不必关心物理显存的位置、换页机制等等具体细节。这些都是由Framebuffer 设备驱动来完成的。帧缓冲驱动的应用广泛，在 linux 的桌面系统中，Xwindow 服务器就是利用帧缓冲进行窗口的绘制。尤其是通过帧缓冲可显示汉字点阵，成为 Linux汉化的唯一可行方案。帧缓冲设备对应的设备文件为/dev/fb*，如
2、果系统有多个显示卡，Linux 下还可支持多个帧缓冲设备，最多可达 32 个，分别为/dev/fb0 到/dev/fb31，而/dev/fb 则为当前缺省的帧缓冲设备，通常指向/dev/fb0。当然在嵌入式系统中支持一个显示设备就够了。帧缓冲设备为标准字符设备，主设备号为29，次设备号则从0到31。分别对应/dev/fb0-/dev/fb31。通过/dev/fb，应用程序的操作主要有这几种：1读/写（read/write）/dev/fb：相当于读/写屏幕缓冲区。例如用 cp /dev/fb0 tmp 命令可将当前屏幕的内容拷贝到一个文件中，而命令 cp tmp /dev/fb0 则将图形文件t
3、mp直接显示在屏幕上。2映射（map）操作：由于 Linux 工作在保护模式，每个应用程序都有自己的虚拟地址空间，在应用程序中是不能直接访问物理缓冲区地址的。为此，Linux 在文件操作 file_operations 结构中提供了mmap函数，可将文件的内容映射到用户空间。对于帧缓冲设备，则可通过映射操作，可将屏幕缓冲区的物理地址映射到用户空间的一段虚拟地址中，之后用户就可以通过读写这段虚拟地址访问屏幕缓冲区，在屏幕上绘图了。3I/O控制：对于帧缓冲设备，对设备文件的 ioctl操作可读取/设置显示设备及屏幕的参数，如分辨率，显示颜色数，屏幕大小等等。ioctl 的操作是由底层的驱动程序来完
4、成的。在应用程序中，操作/dev/fb的一般步骤如下：1打开/dev/fb设备文件。2用 ioctl 操作取得当前显示屏幕的参数，如屏幕分辨率，每个像素点的比特数。根据屏幕参数可计算屏幕缓冲区的大小。3将屏幕缓冲区映射到用户空间（mmap）。4映射后就可以直接读写屏幕缓冲区，进行绘图和图片显示了。典型程序段如下：12345678910111213141516171819202122232425262728293031323334353637383940414243#includeintmain()intfbfd = 0;structfb_var_screeninfo vinfo;structf
5、b_fix_screeninfo finfo;longintscreensize = 0;/*打开设备文件*/fbfd = open(/dev/fb0, O_RDWR);/*取得屏幕相关参数*/ioctl(fbfd, FBIOGET_FSCREENINFO, ioctl(fbfd, FBIOGET_VSCREENINFO, /*计算屏幕缓冲区大小*/screensize = vinfo.xres * vinfo.yres * vinfo.bits_per_pixel / 8;/*映射屏幕缓冲区到用户地址空间*/fbp=(char*)mmap(0,screensize,PROT_READ|PRO
6、T_WRITE,MAP_SHARED, fbfd, 0);/*下面可通过 fbp指针读写缓冲区*/*释放缓冲区，关闭设备*/munmap(fbp, screensize);close(fbfd);二、ioctl操作ioctl(fbfd, FBIOGET_FSCREENINFO, 获取fb_var_screeninfo结构的信息，在linux/include/linux/fb.h定义。ioctl(fbfd, FBIOGET_VSCREENINFO, 获取fb_fix_screeninfon结构的信息。在linux/include/linux/fb.h定义。fbfd为设备文件号。三mmap函数功能
7、描述：mmap函数是unix/linux下的系统调用mmap将一个文件或者其它对象映射进内存。文件被映射到多个页上，如果文件的大小不是所有页的大小之和，最后一个页不被使用的空间将会清零。munmap执行相反的操作，删除特定地址区域的对象映射。基于文件的映射，在mmap和munmap执行过程的任何时刻，被映射文件的st_aTIme可能被更新。如果st_aTIme字段在前述的情况下没有得到更新，首次对映射区的第一个页索引时会更新该字段的值。用PROT_WRITE 和 MAP_SHARED标志建立起来的文件映射，其st_cTIme 和 st_mTIme在对映射区写入之后，但在msync()通过MS_
8、SYNC 和 MS_ASYNC两个标志调用之前会被更新。用法：1234567#includevoid*mmap(void*start, size_t length, intprot, intflags,intfd, off_t offset);intmunmap(void*start, size_t length);参数：start：映射区的开始地址。length：映射区的长度。prot：期望的内存保护标志，不能与文件的打开模式冲突。是以下的某个值，可以通过or运算合理地组合在一起PROT_EXEC /页内容可以被执行PROT_READ /页内容可以被读取PROT_WRITE /页可以被写入P
9、ROT_NONE /页不可访问flags：指定映射对象的类型，映射选项和映射页是否可以共享。它的值可以是一个或者多个以下位的组合体MAP_FIXED /使用指定的映射起始地址，如果由start和len参数指定的内存区重叠于现存的映射空间，重叠部分将会被丢弃。如果指定的起始地址不可用，操作将会失败。并且起始地址必须落在页的边界上。MAP_SHARED /与其它所有映射这个对象的进程共享映射空间。对共享区的写入，相当于输出到文件。直到msync()或者munmap()被调用，文件实际上不会被更新。MAP_PRIVATE /建立一个写入时拷贝的私有映射。内存区域的写入不会影响到原文件。这个标志和以上
10、标志是互斥的，只能使用其中一个。MAP_DENYWRITE /这个标志被忽略。MAP_EXECUTABLE /同上MAP_NORESERVE /不要为这个映射保留交换空间。当交换空间被保留，对映射区修改的可能会得到保证。当交换空间不被保留，同时内存不足，对映射区的修改会引起段违例信号。MAP_LOCKED /锁定映射区的页面，从而防止页面被交换出内存。MAP_GROWSDOWN /用于堆栈，告诉内核VM系统，映射区可以向下扩展。MAP_ANONYMOUS /匿名映射，映射区不与任何文件关联。MAP_ANON /MAP_ANONYMOUS的别称，不再被使用。MAP_FILE /兼容标志，被忽略。
11、MAP_32BIT /将映射区放在进程地址空间的低2GB，MAP_FIXED指定时会被忽略。当前这个标志只在x86-64平台上得到支持。MAP_POPULATE /为文件映射通过预读的方式准备好页表。随后对映射区的访问不会被页违例阻塞。MAP_NONBLOCK /仅和MAP_POPULATE一起使用时才有意义。不执行预读，只为已存在于内存中的页面建立页表入口。fd：有效的文件描述词。如果MAP_ANONYMOUS被设定，为了兼容问题，其值应为-1。offset：被映射对象内容的起点。返回说明：成功执行时，mmap()返回被映射区的指针，munmap()返回0。失败时，mmap()返回MAP_F
12、AILED其值为(void *)-1，munmap返回-1。errno被设为以下的某个值EACCES：访问出错EAGAIN：文件已被锁定，或者太多的内存已被锁定EBADF：fd不是有效的文件描述词EINVAL：一个或者多个参数无效ENFILE：已达到系统对打开文件的限制ENODEV：指定文件所在的文件系统不支持内存映射ENOMEM：内存不足，或者进程已超出最大内存映射数量EPERM：权能不足，操作不允许ETXTBSY：已写的方式打开文件，同时指定MAP_DENYWRITE标志SIGSEGV：试着向只读区写入SIGBUS：试着访问不属于进程的内存区四、编程实例：内核：linux-2.6.29.1
13、目标板：友善之臂mini2440arm-linux-gcc-4.3.2下载=Framebuffer驱动程序模型 下图会向你展示目前的framebuffer设备驱动的结构，最常用的是非标准驱动。很明显他所处的层次最高，程序编写是最容易的。理解了这个图的，你已经很轻松的去完成一个fb驱动，比如给sa1100,s2410,s2440系列的ARM的LCD控制器写驱动。Color Map 剖析在framebuffer驱动程序设计中，cmap这个东东太晕了。现在我要把他赤裸裸的剖析给大家：）1 struct fb_cmap123456789/*颜色映射表*/structfb_cmap _u32 start
14、; /* First entry */_u32 len; /* Number of entries */_u16 *red; /* 红色 */_u16 *green; /*绿色*/_u16 *blue; /*蓝色*/_u16 *transp; /* 透明度,允许 NULL */;该结构在fb.h文件中定义，在struct fb_ops结构中有两个成员函数与其相关：1234/*获取颜色表*/int(*fb_get_cmap)(structfb_cmap *cmap, intkspc, intcon, structfb_info *info);/*设定颜色表*/int(*fb_set_cmap)(
15、structfb_cmap *cmap, intkspc, intcon, structfb_info *info);在struct fb_info结构中有变量：struct fb_cmap cmap; /* Current cmap */在fpgen基础操作下提供：12345678externintfbgen_get_cmap(structfb_cmap *cmap, intkspc, intcon, structfb_info *info);externintfbgen_set_cmap(structfb_cmap *cmap, intkspc, intcon, structfb_info
16、 *info);在文件/* drivers/video/fbcmap.c */中提供更多的cmap应用12345678910externintfb_alloc_cmap(structfb_cmap *cmap, intlen, inttransp);externvoidfb_copy_cmap(structfb_cmap *from, structfb_cmap *to, intfsfromto);externintfb_get_cmap(structfb_cmap *cmap, intkspc,int(*getcolreg)(u_int, u_int *, u_int *, u_int *,
17、u_int *, structfb_info *),structfb_info *fb_info);externintfb_set_cmap(structfb_cmap *cmap, intkspc,int(*setcolreg)(u_int, u_int, u_int, u_int, u_int,structfb_info *),structfb_info *fb_info);externstructfb_cmap *fb_default_cmap(intlen);externvoidfb_invert_cmaps(void);2 通过文件解析在anakinfb.c文件中，cmap如图在st
18、ifb.c本文介绍的设备是位于/video目录下面的anakinfb.c驱动程序。虽然我不清楚那个设备的特性，但是从对程序的分析中我们仍然知道如何编写一个frame buffer设备驱动。本文是个标准的fb驱动。共221行，包含函数如下：1234567891011staticintanakinfb_getcolreg(u_int regno, u_int *red, u_int *green, u_int *blue, u_int *transp, structfb_info *info) 31行staticintanakinfb_setcolreg(u_int regno, u_int re
19、d, u_int green, u_int blue,u_int transp, structfb_info *info) 45行staticintanakinfb_get_fix(structfb_fix_screeninfo *fix, intcon, structfb_info *info) 57行staticintanakinfb_get_var(structfb_var_screeninfo *var, intcon, structfb_info *info) 75行staticintanakinfb_set_var(structfb_var_screeninfo *var, int
20、con, structfb_info *info) 111行staticintanakinfb_get_cmap(structfb_cmap *cmap, intkspc, intcon, structfb_info *info) 117行staticintanakinfb_set_cmap(structfb_cmap *cmap, intkspc, intcon, structfb_info *info) 130行staticintanakinfb_switch_con(intcon, structfb_info *info) 147行staticintanakinfb_updatevar(
21、intcon, structfb_info *info) 155行staticvoidanakinfb_blank(intblank, structfb_info *info) 161行int_init anakinfb_init(void) 178行函数1，2是寄存器操作用。函数3，4，5，6，7是fb_ops函数。函数8用于切换控制台。函数9用于更新变量。函数10用于闪烁屏幕。函数11用于初始化设备。 很奇怪，对fb设备的读写函数怎么没有！值得说明的是open,release,read,write,ioctl,mmap等函数的实现是由 fbmem.c文件实现了。也就是说所有的fb设备在给定
22、了fb_info后，所有的操作都是一样的。在明确的fb_info前提下，fbmem.c中的函数可以工作的很好。这样大家应该感到非常轻松了吧，只要完成上述的几个设备相关的函数，frame buffer设备的驱动就写完了：） 系统的结构如图：Stifb驱动模型linux/drivers/video/stifb.c - Generic frame buffer driver for HP * workstations with STI (standard text interface) video firmware.这个驱动程序和前面的anakin设备完全不同，因为他不是采用标准的格式，而是根据 b
23、ased on skeletonfb, which wasCreated 28 Dec 1997 by Geert Uytterhoeven也就是skeletonfb.c提供的框架完成的。共230行，包含函数如下：12345678910111213staticintsti_encode_fix(structfb_fix_screeninfo *fix, constvoid*par, structfb_info_gen *info) 60行staticintsti_decode_var(conststructfb_var_screeninfo *var,void*par, structfb_in
24、fo_gen *info) 71行staticintsti_encode_var(structfb_var_screeninfo *var, constvoid*par, structfb_info_gen *info) 78行staticvoidsti_get_par(void*par, structfb_info_gen *info) 94行staticvoidsti_set_par(constvoid*par, structfb_info_gen *info) 99行staticintsti_getcolreg(unsigned regno, unsigned *red, unsigne
25、d *green, unsigned *blue, unsigned *transp, structfb_info *info) 104行staticintsti_setcolreg(unsigned regno, unsigned red, unsigned green, unsigned blue, unsigned transp, structfb_info *info) 111行staticvoidsti_set_disp(constvoid*par, structdisplay *disp, structfb_info_gen *info) 118行staticvoidsti_detect(void) 127行staticintsti_blank(intblank_mode, conststructfb_info *info) 132行int_init stifb_init(void) 161行voidstifb_cleanup(structfb_info *info) 201行int_init stifb_setup(char*options) 208行