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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