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Linux 驱动学习-framebuffer-fb-LCD驱动

2013-09-29 12:26 369 查看
1、framebuffer 帧缓冲
帧缓冲(framebuffer)是Linux 系统为显示设备提供的一个接口,它将显示缓冲区抽象,屏蔽图像硬件的底层差异,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。用户不必关心物理显示缓冲区的具体位置及存放方式,这些都由帧缓冲设备驱动本身来完成。


framebuffer机制模仿显卡的功能,将显卡硬件结构抽象为一系列的数据结构,可以通过framebuffer的读写直接对显存进行操作。用户可以将framebuffer看成是显存的一个映像,将其映射到进程空间后,就可以直接进行读写操作,写操作会直接反映在屏幕上。
framebuffer是个字符设备,主设备号为29,对应于/dev/fb%d 设备文件。
通常,使用如下方式(前面的数字表示次设备号)

0 = /dev/fb0 第一个fb 设备

1 = /dev/fb1 第二个fb 设备

fb 也是一种普通的内存设备,可以读写其内容。例如,屏幕抓屏:cp /dev/fb0 myfilefb 虽然可以像内存设备(/dev/mem)一样,对其read,write,seek
以及mmap。但区别在于fb 使用的不是整个内存区,而是显存部分。


2、fb与应用程序的交互
对于用户程序而言,它和其他的设备并没有什么区别,用户可以把fb看成是一块内存,既可以向内存中写数据,也可以读数据。fb的显示缓冲区位于内核空间,应用程序可以把此空间映射到自己的用户空间,在进行操作。
在应用程序中,操作/dev/fbn的一般步骤如下:

(1)打开/dev/fbn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)用mmap()函数,将屏幕缓冲区映射到用户空间。

(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。


3、fb的结构及其相关结构体
在linux中,fb设备驱动的源码主要在Fb.h (linux2.6.28\include\linux)和Fbmem.c (linux2.6.28\drivers\video)两个文件中,它们是fb设备驱动的中间层,为上层提供系统调用,为底层驱动提供接口。



在fb.h文件中有fb驱动需要使用的很多结构,我们先对这些结构体进行说明:
(1)、
一个帧缓冲区对应一个struct fb_info结构,它包括了帧缓冲设备的属性和操作的完整集合,每个帧设备都有一个fb_info结构体。源码如下:
struct fb_info {

int node;

int flags;

struct mutex lock;/* Lock for open/release/ioctl funcs */互斥锁

struct fb_var_screeninfo var;/* Current var */当前缓冲区的可变参数

struct fb_fix_screeninfo fix;/* Current fix */固定参数

struct fb_monspecs monspecs;/* Current Monitor specs */当前显示器标志

struct work_struct queue;/* Framebuffer event queue */帧缓冲事件队列

struct fb_pixmap pixmap;/* Image hardware mapper */图像硬件mapper

struct fb_pixmap sprite;/* Cursor hardware mapper */光标硬件mapper

struct fb_cmap cmap;/* Current cmap */当前的调色板

struct list_head modelist; /* mode list */

struct fb_videomode *mode;/* current mode */当前的视频模式

#ifdef CONFIG_FB_BACKLIGHT如果配置了LCD支持背光灯

/* assigned backlight device */

/* set before framebuffer registration,

remove after unregister */背光调整

struct backlight_device *bl_dev;

/* Backlight level curve */

struct mutex bl_curve_mutex;

u8 bl_curve[FB_BACKLIGHT_LEVELS];

#endif

#ifdef CONFIG_FB_DEFERRED_IO

struct delayed_work deferred_work;

struct fb_deferred_io *fbdefio;

#endif

struct fb_ops *fbops;帧缓冲操作函数集

struct device *device;/* This is the parent */父设备

struct device *dev;/* This is this fb device */fb设备

int class_flag; /* private sysfs flags */私有的sysfs标志

#ifdef CONFIG_FB_TILEBLITTING

struct fb_tile_ops *tileops; /* Tile Blitting */图块blitting

#endif

char __iomem *screen_base;/* Virtual address */虚拟基地址

unsigned long screen_size;/* Amount of ioremapped VRAM or 0 */ ioremap的虚拟内存大小

void *pseudo_palette;/* Fake palette of 16 colors */ 伪16位调色板

#define FBINFO_STATE_RUNNING 0

#define FBINFO_STATE_SUSPENDED 1

u32 state;
/* Hardware state i.e suspend */硬件的状态

void *fbcon_par; /* fbcon use-only private area */

/* From here on everything is device dependent */

void *par;

};


(2)、
/*

* Frame buffer operations

*

* LOCKING NOTE: those functions must _ALL_ be called with the console

* semaphore held, this is the only suitable locking mechanism we have

* in 2.6. Some may be called at interrupt time at this point though.

*/

fb_ops结构体用来实现对帧缓冲设备的操作,这些函数需要驱动开发人员编写,

struct fb_ops {

/* open/release and usage marking */

struct module *owner;

打开和释放

int (*fb_open)(struct fb_info *info, int user);

int (*fb_release)(struct fb_info *info, int user);

这两个函数对于非线性布局的/常规内存映射无法工作的帧缓冲设备需要

/* For framebuffers with strange non linear layouts or that do not

* work with normal memory mapped access

*/

ssize_t (*fb_read)(struct fb_info *info, char __user *buf,

size_t count, loff_t *ppos);

ssize_t (*fb_write)(struct fb_info *info, const char __user *buf,

size_t count, loff_t *ppos);

检测可变参数,并调整到支持的值

/* checks var and eventually tweaks it to something supported,

* DO NOT MODIFY PAR */

int (*fb_check_var)(struct fb_var_screeninfo *var, struct fb_info *info);

设置视频模式

/* set the video mode according to info->var */

int (*fb_set_par)(struct fb_info *info);

设置color寄存器的值

/* set color register */

int (*fb_setcolreg)(unsigned regno, unsigned red, unsigned green,

unsigned blue, unsigned transp, struct fb_info *info);

批量设置color寄存器,设置颜色表

/* set color registers in batch */

int (*fb_setcmap)(struct fb_cmap *cmap, struct fb_info *info);

显示空白

/* blank display */

int (*fb_blank)(int blank, struct fb_info *info);

pan显示

/* pan display */

int (*fb_pan_display)(struct fb_var_screeninfo *var, struct fb_info *info);

填充矩形

/* Draws a rectangle */

void (*fb_fillrect) (struct fb_info *info, const struct fb_fillrect *rect);

数据复制

/* Copy data from area to another */

void (*fb_copyarea) (struct fb_info *info, const struct fb_copyarea *region);

图形填充

/* Draws a image to the display */

void (*fb_imageblit) (struct fb_info *info, const struct fb_image *image);

绘制光标

/* Draws cursor */

int (*fb_cursor) (struct fb_info *info, struct fb_cursor *cursor);

旋转显示

/* Rotates the display */

void (*fb_rotate)(struct fb_info *info, int angle);

等待blit空闲

/* wait for blit idle, optional */

int (*fb_sync)(struct fb_info *info);

fb特定的ioctl操作

/* perform fb specific ioctl (optional) */

int (*fb_ioctl)(struct fb_info *info, unsigned int cmd,

unsigned long arg);

处理32兼容的ioctl操作

/* Handle 32bit compat ioctl (optional) */

int (*fb_compat_ioctl)(struct fb_info *info, unsigned cmd,

unsigned long arg);

fb特定的mmap操作

/* perform fb specific mmap */

int (*fb_mmap)(struct fb_info *info, struct vm_area_struct *vma);

保存目前的硬件状态

/* save current hardware state */

void (*fb_save_state)(struct fb_info *info);

恢复被保存的硬件状态

/* restore saved state */

void (*fb_restore_state)(struct fb_info *info);

通过fb_info获得framebuffer的能力

/* get capability given var */

void (*fb_get_caps)(struct fb_info *info, struct fb_blit_caps *caps,

struct fb_var_screeninfo *var);

};


(3)、
fb_fix_screeninfo结构体中,记录了用户不能修改的固定显示控制器参数。这些固定的参数如缓冲区的物理地址、缓冲区的长度等等。

struct fb_fix_screeninfo {

char id[16];
/* identification string eg "TT Builtin" */

字符串形式的标识符

unsigned long smem_start;/* Start of frame buffer mem */

/* (physical address) */
fb缓存的开始位置

__u32 smem_len;/* Length of frame buffer mem */

fb缓存的长度

__u32 type;
/* see FB_TYPE_* */

FB_TYPE_*类型

__u32 type_aux;/* Interleave for interleaved Planes */

分界

__u32 visual;
/* see FB_VISUAL_* */

屏幕使用的色彩模式

__u16 xpanstep;/* zero if no hardware panning */

如果没有硬件panning ,赋0

__u16 ypanstep;/* zero if no hardware panning */

__u16 ywrapstep;/*
zero if no hardware ywrap */

1行的字节数

__u32 line_length;/* length of a line in bytes */

内存映射I/O的开始位置

unsigned long mmio_start;/* Start of Memory Mapped I/O */

/* (physical address) */

内存映射I/O的长度

__u32 mmio_len;/* Length of Memory Mapped I/O */

__u32 accel;
/* Indicate to driver which */

/* specific chip/card we have*/

__u16 reserved[3];/* Reserved for future compatibility */

};


(4)、
fb_var_screeninfo结构体中存储了用户可以修改的显示器控制参数,例如屏幕分辨率、透明度等等。

struct fb_var_screeninfo {

__u32 xres;
/* visible resolution */

__u32 yres;

可见解析度,即分辨率

__u32 xres_virtual;/* virtual resolution*/

__u32 yres_virtual;

虚拟解析度

__u32 xoffset;/* offset from virtual to visible */

__u32 yoffset;/* resolution*/

虚拟到可见之间的偏移

__u32 bits_per_pixel;/* guess what*/

每像素位数,BPP

__u32 grayscale;/* != 0 Graylevels instead of colors */

非0时指灰度

struct fb_bitfield red;/* bitfield in fb mem if true color, */

struct fb_bitfield green;/* else only length is significant */

struct fb_bitfield blue;

fb缓存的R\G\B位域

struct fb_bitfield transp;/* transparency*/

透明度

__u32 nonstd;
/* != 0 Non standard pixel format */

!= 0 非标准像素格式

__u32 activate;/* see FB_ACTIVATE_**/



__u32 height;
/* height of picture in mm */

屏幕的高度

__u32 width;
/* width of picture in mm */

屏幕的宽度

__u32 accel_flags;/* (OBSOLETE) see fb_info.flags */

fb_info的标志

/* Timing: All values in pixclocks, except pixclock (of course) */

__u32 pixclock;/* pixel clock in ps (pico seconds) */

/* 像素时钟(皮秒) */

__u32 left_margin;/* time from sync to picture*/

行切换:从同步到绘图之间的延迟

__u32 right_margin;/* time from picture to sync*/

行切换:从绘图到同步之间的延迟

__u32 upper_margin;/* time from sync to picture*/

帧切换:从同步到绘图之间的延迟

__u32 lower_margin;

帧切换:从绘图到同步之间的延迟

__u32 hsync_len;/* length of horizontal sync*/

水平同步的长度

__u32 vsync_len;/* length of vertical sync*/

垂直同步的长度

__u32 sync;
/* see FB_SYNC_* */

__u32 vmode;
/* see FB_VMODE_* */

__u32 rotate;
/* angle we rotate counter clockwise */

顺时钟旋转的角度

__u32 reserved[5];/* Reserved for future compatibility */

};


(5)、
fb_cmap结构体中记录了颜色板信息,即调色板信息。,用户空间可以通过ioctl()的FBIOGETCMAP和 FBIOPUTCMAP命令读取或设定颜色表。

struct fb_cmap {

__u32 start;
/* First entry */第一个元素的入口

__u32 len;
/* Number of entries */元素个数

__u16 *red;
/* Red values */红色、绿色、蓝色

__u16 *green;

__u16 *blue;

__u16 *transp;/* transparency, can be NULL */透明度

};







上面这些结构体之间有什么关系呢?看下图:





(6)、
fb_bitfield 结构体描述每一像素显示缓冲区的组织方式,包含位域偏移、位域长度和MSB 指示,


struct fb_bitfield {

__u32 offset;
/* beginning of bitfield */

位域偏移

__u32 length;
/* length of bitfield */

位域长度

__u32 msb_right;/* != 0 : Most significant bit is */

/* right */

MSB

};
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