Framebuffer 机制

Framebuffer

Framebuffer是linux系统为显示设备提供的一个接口，它将显示缓存区抽象，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。Framebuffer设备是标准的字符设备，主设备号为29，对应于/dev/fbn设备文件。

双缓冲机制

Android系统中使用的此机制，带来的好处是让画面的切换更流畅。比如可视分辨率为240x320，虚拟分辨率为240x640，当第一帧0~319在显示时，第二帧320~639则在后台计算；当第一帧显示完时，直接切换到第二帧显示。接着系统又可以计算下一帧，这样大大的提高了效率。

驱动文件

Fbmem.c文件实现了帧缓冲驱动公共的调用(核心)

modedb.c所有的VESA标准显示模式信息

Fbmon.c解析显示器的EDID并计算时需参数

Fbcmap.c实现了和调色板相关的调用

Xxxfb.c具体控制器驱动的实现

skeletonfb.c framebuffer的骨架程序

Framebuffer设备驱动框架

帧缓冲设备提供给用户控件的file_operations结构由fbmem.c中的file_operations提供，而特定帧缓冲设备fb_info结构体的注册、注销以及其中的成员的维护，尤其是fb_ops中成员函数的则由对应的xxxfb.c文件实现，fb_ops中的成员函数最终会操作LCD控制器硬件寄存器。

相关数据结构

Fb_info

Fb_info结构是帧缓冲设备属性和操作的完整描述，包含了帧缓冲设备的全部信息，如设备参数设置、以及操作函数指针。每一个帧缓冲设备都必须对应一个fb_info。

struct fb_info {

structfb_var_screeninfo var; /* 描述fb可变参数 */

structfb_fix_screeninfo fix; /* 描述fb固定参数 */

structbacklight_device *bl_dev; /* 背光设备 */

structdevice *dev; /* This is this fbdevice, guess what? */

structfb_ops *fbops; /* fb操作函数集 */

……

}

Fb_ops

Fb_ops是操作底层fb的函数集合，对于不同的LCD控制器实现不同fb_ops，应用层通过file_operations函数集合调用到fb_ops函数集合。

struct fb_ops {

/*打开和关闭fb设备 */

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

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

/*用于非线性布局和在常规内存无法映射访问的fb */

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*/

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

/*根据info->var设置video模式 */

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

/*set color register */

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

unsigned blue, unsigned transp, structfb_info *info);

/*set color registers in batch */

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

/*空白显示 */

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

/*pan display */

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

/*矩形填充 */

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

/*Copy data from area to another */

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

/*Draws a image to the display */

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

/*绘制光标 */

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

/*旋转显示 */

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

/*wait for blit idle, optional */

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

/*perform fb specific ioctl (optional) */

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

unsignedlong arg);

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

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

unsignedlong arg);

/*fb特定的mmap */

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

/*get capability given var */

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

struct fb_var_screeninfo *var);

/*teardown any resources to do with this framebuffer */

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

};

fb_var_screeninfo

记录用户可修改的显示控制器参数，包括屏幕分辨率、每个像素点包含的位数和timing等。

struct fb_var_screeninfo {

__u32xres; /* 可视分别率 */

__u32yres;

__u32xres_virtual; /* 虚拟分别率 */

__u32yres_virtual;

__u32xoffset; /* 虚拟到可视的偏移 */

__u32yoffset;

__u32bits_per_pixel; /* guesswhat */

__u32grayscale; /* 0 = color, 1 =grayscale, */

/* >1 = FOURCC */

/*fb缓存的RGB位域*/

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

structfb_bitfield green; /* else only length issignificant */

structfb_bitfield blue;

structfb_bitfield transp; /* transparency */

__u32nonstd; /* != 0 Nonstandard pixel format */

__u32activate; /* seeFB_ACTIVATE_* */

__u32height; /* height ofpicture in mm */

__u32width; /* width ofpicture in mm */

__u32accel_flags; /* (OBSOLETE) seefb_info.flags */

/*时序:出了pixclock其他单位都是ps*/

__u32pixclock; /*pixel clock in ps (pico seconds) */

__u32left_margin; /* time from syncto picture */

__u32right_margin; /* time frompicture to sync */

__u32upper_margin; /* time fromsync to picture */

__u32lower_margin;

__u32hsync_len; /* length ofhorizontal sync */

__u32vsync_len; /* length ofvertical sync */

__u32sync; /* seeFB_SYNC_* */

__u32vmode; /* seeFB_VMODE_* */

__u32rotate; /* angle werotate counter clockwise */

__u32colorspace; /* colorspace forFOURCC-based modes */

__u32reserved[4]; /* Reserved forfuture compatibility */

};

Fb_fix_screeninfo

记录用户不能修改的显示控制器的参数，如帧缓存区的物理地址和长度等。

struct fb_fix_screeninfo {

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

unsignedlong smem_start; /*帧缓存区的开始物理地址*/

__u32smem_len; /* 长度 */

__u32type; /* seeFB_TYPE_* */

__u32type_aux; /*Interleave for interleaved Planes */

__u32visual; /* seeFB_VISUAL_* */

__u16xpanstep; /* zeroif no hardware panning */

__u16ypanstep; /* zeroif no hardware panning */

__u16ywrapstep; /* zero if nohardware ywrap */

__u32line_length; /* length of aline in bytes */

unsignedlong mmio_start; /*内存映射IO的开始地址 */

/*(physical address) */

__u32mmio_len; /* Lengthof Memory Mapped I/O */

__u32accel; /* Indicateto driver which */

/* specific chip/card we have */

__u16capabilities; /* see FB_CAP_* */

__u16reserved[2]; /* Reserved forfuture compatibility */

};

Fb_bitfield

Fb_bitfield结构体描述每个像素点的组织方式。

struct fb_bitfield {

__u32offset; /* 位域偏移 */

__u32length; /*位域长度 */

__u32msb_right; /* != 0 : Mostsignificant bit is right */

};

Int register_framebuffer(struct fb_info*fb_info);

Int unregister_framebuffer(struct fb_info*fb_info);

fb注册函数主要完成创建fb设备文件、把新的fb设备加入到registered_fb数组和convertfb_var_screeninfo to fb_videomode。Fb注销函数作用则相反。

如何编写一个帧缓冲设备驱动？

内核中提供了一个帧缓冲设备驱动的骨架程序(skeletonfb.c)，很有参考价值。现在大多数的LCD控制器都是SOC的，所以驱动里用platform设备来进行注册。

帧缓存设备初始化，需要完成以下几个工作：

1、映射LCD寄存器和申请LCD中断；

2、申请fb_info并初始化fb_fix_screeninfo和fb_var_screeninfo结构体；

3、根据具体LCD屏幕的特点，完成LCD控制器的初始化；

4、申请帧缓冲设备的显示缓存区空间；

5、调用register_framebuffer函数注册帧缓冲设备。

实现fb_ops结构体，其中fb_fillrect、fb_copyarea和fb_imageblit是必须的。

static struct fb_ops xxxfb_ops = {
.owner = THIS_MODULE,
.fb_open = xxxfb_open, /* 打开fb设备 */
.fb_read = xxxfb_read,
.fb_write = xxxfb_write,
.fb_release = xxxfb_release, /* 关闭fb设备 */
.fb_check_var = xxxfb_check_var, /* 检测可变参数，并调整到支持的值 */
.fb_set_par = xxxfb_set_par, /* 初始化LCD控制器 */
.fb_setcolreg = xxxfb_setcolreg, /* 设置color寄存器 */
.fb_blank = xxxfb_blank, /* 显示空白 */
.fb_pan_display= xxxfb_pan_display,
.fb_fillrect = xxxfb_fillrect, /* Needed !!! 矩形填充 */
.fb_copyarea = xxxfb_copyarea, /* Needed !!! 数据拷贝 */
.fb_imageblit = xxxfb_imageblit, /* Needed !!! 图像填充 */
.fb_cursor = xxxfb_cursor, /* 显示光标 */
.fb_rotate = xxxfb_rotate, /* 旋转显示 */
.fb_sync = xxxfb_sync,
.fb_ioctl = xxxfb_ioctl, /* fb特定的IOCTL */
.fb_mmap = xxxfb_mmap, /* fb特定的MMAP */
};

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