framebuffer简介与应用

framebuffer简介与应用

使用GUI测试framebuffer不太方便，最简单的方法是用应用层的小程序来测试

1.gpu与fb的关系

gpu就是soc中的一个外设，对外体现就是寄存器。cpu可以发命令给gpu，比如给两个端点，gpu就会去做具体的画线操作。这样就减轻了cpu的负担，有点类似于DMA的作用

下图是一个典型的嵌入式系统显示机制

2.在系统中查看lcd参数

在测试前，最重要的就是把带有刷屏功能的应用程序关掉，否则我们无法观察到现象

输入

cat /sys/class/graphics/fb0/modes

即可查看分辨率

输入

cat /dev/urandom > /dev/fb0

即可知晓fb是否能正常工作

3.控制fb

对于应用层，通过操作/dev/fb*，通过ioctl来用各种命令控制fb

那么怎么控制呢？命令又是什么呢？这些都在

<linux/fb.h>

中提供。其实这个头文件是内核源码中的，由于交叉编译器中将其包含了，所以我们可以在应用层直接调用

进入内核源码中看看

<linux/fb.h>

，里面定义了一些ioctl的命令

/* ioctls
0x46 is 'F'                              */
#define FBIOGET_VSCREENINFO 0x4600
#define FBIOPUT_VSCREENINFO 0x4601
#define FBIOGET_FSCREENINFO 0x4602
#define FBIOGETCMAP     0x4604
#define FBIOPUTCMAP     0x4605
#define FBIOPAN_DISPLAY     0x4606

我们主要使用

FBIOGET_VSCREENINFO

和

FBIOGET_FSCREENINFO

命令。从字面意思我们不难看出，这两个命令的意思分别为

fb’s ioctl, to get variable screen info：获取应用程序可改变的参数（如设定的分辨率）

fb’s ioctl, to get fixed screen info：获取固定的参数（如屏幕的分辨率，一般只是拿来看看）

<linux/fb.h>

中还提供了专门的结构体类型，用来存放上述两个参数，如下就是存放可变参数的结构体类型

struct fb_var_screeninfo {
__u32 xres;         /* visible resolution       */
__u32 yres;
__u32 xres_virtual;     /* virtual resolution       */
__u32 yres_virtual;
__u32 xoffset;          /* offset from virtual to visible */
__u32 yoffset;          /* resolution           */

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

struct fb_bitfield red;     /* bitfield in fb mem if true color, */
struct fb_bitfield green;   /* else only length is significant */
struct fb_bitfield blue;
struct fb_bitfield transp;  /* transparency         */

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

__u32 activate;         /* see FB_ACTIVATE_*        */

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

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

比较重要的可变参数有：

xres、yres：可视画面的x、y轴分辨率（应用层改不了）

xres_virtual、yres_virtual：虚拟画面（即fb）x、y轴分辨率

xoffset、yoffset：可视画面相对于虚拟画面的x、y轴偏移量

bits_per_pixel：像素深度，详见LCD详解



虚拟画面一般会被默认设为（不一定的）可视画面的两倍，这种结构被称之为“双缓冲机制”，这样做的好处是可以一边显示，一边缓冲下一幅画面

4.建立显存映射

显示画面的输出，实际是通过往显存里面写像素数据来实现的。由于显存实际是处于内核态的物理内存，所以下一步要把这块物理内存映射到用户态，所谓“映射”就可以理解为建立了一个“符号链接”，这样应用程序就可以直接操作这块物理内存了

建立映射主要是使用mmap这个api，mmap的原型可以用man手册查看，

void *mmap(void *addr, size_t length, int prot, int flags, int fd, off_t offset);

值得注意的是第一个参数，第一个参数是自选地址，意思是应用程序可以选一个自己喜欢的地址值，然后mmap可以把显存映射到该地址。如果参数值为NULL的话，系统将为我们自动分配一个地址，返回值就是该地址。

其他参数没什么好注意的，看看man手册即可

5.输出画面数据

我们有了显存之后，就可以将画面数据写入显存了。可是怎么写，写什么呢？

对于我们当前的环境， xres_virtual、yres_virtual分别为800，960；bpp（像素深度）为32位；所以每个像素用一个int来表示，虚拟屏幕尺寸为800*960像素。

显存中，数据排布的顺序就是按照虚拟屏幕中像素数据从上到下，从左到右的数据来排布。而每一个像素数据则按照A（透明度）、R（红）、G（绿）、B（蓝）的顺序排布的。说实话显存中数据的排布很简单，非常符合人类的思维

6.程序分析

#include <stdio.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <fcntl.h>
#include <linux/fb.h>
#include <sys/mman.h>

#define FBDEVICE "/dev/fb0"
void draw_back(unsigned int *pfb, unsigned int width, unsigned int height, unsigned int color);

void draw_line(unsigned int *pfb, unsigned int width, unsigned int height);

int main(void)
{
int fd = -1;
int ret = -1;
unsigned int *pfb = NULL;
struct fb_fix_screeninfo finfo;
struct fb_var_screeninfo vinfo;

fd = open(FBDEVICE, O_RDWR);
if (fd < 0)
{
perror("open");
return -1;
}
printf("open %s success \n", FBDEVICE);

/*获取fb信息*/
ret = ioctl(fd, FBIOGET_FSCREENINFO, &finfo);
if (ret < 0)
{
perror("ioctl");
return -1;
}

ret = ioctl(fd, FBIOGET_VSCREENINFO, &vinfo);
if (ret < 0)
{
perror("ioctl");
return -1;
}
/*建立mmap映射*/
pfb = mmap(NULL, finfo.smem_len, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);
if (NULL == pfb)
{
perror("mmap");
return -1;
}
printf("pfb :0x%x \n", pfb);

draw_back(pfb, vinfo.xres_virtual, vinfo.yres_virtual, 0xffff0000);
draw_line(pfb, vinfo.xres_virtual, vinfo.yres_virtual);

close(fd);
return 0;
}

void draw_back(unsigned int *pfb, unsigned int width, unsigned int height, unsigned int color)
{
unsigned int x, y;
for (y = 0; y < height; y++)
{
for (x = 0; x < width; x++)
{
*(pfb + y * width + x) = color;
}
}
}

void draw_line(unsigned int *pfb, unsigned int width, unsigned int height)
{
unsigned int x, y;
for (x = 50; x < width - 50; x++)
{
*(pfb + 50 * width + x) = 0xffffff00;
}
for (y = 50; y < height -50; y++)
{
*(pfb + y * width + 50) = 0xffffff00;
}
}

上述代码先读取了fb的各种信息，然后根据读出来的信息画了一幅图像（两条线距离显示virtual边缘为50像素），如果该图像能被正确显示，则说明fb完全正常