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Linux下Framebuffer驱动简介

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我是靠谱客的博主 优秀耳机，最近开发中收集的这篇文章主要介绍Linux下Framebuffer驱动简介，觉得挺不错的，现在分享给大家，希望可以做个参考。

概述

最近接触了一些关于Linux下framebuffer方面的东西和LCD的framebuffer驱动，所以去了解了一些相关基础知识。为了避免其他人走我走过的弯路，所以就把我的一些很少的心得，和大家分享一下，希望对有些人有帮助。

【什么是FrameBuffer】

FrameBuffer直译就是，帧缓冲。

Frame帧：你所看到的屏幕的图像，或者在一个窗口中的图像，就叫一帧。

Buffer缓冲：一段RAM，用来暂存图像数据，这些数据会被直接写入到显示设备。

帧缓冲就相当于介于 图形操作 和 图像输出中间的一个中间人。将程序对图形数据的处理操作，反馈到显示输出上。

显卡（显存中的数据） <-> 帧缓冲（程序对其中的数据进行处理） <-> 显示器（输出图像）

帧缓冲可用于，实现原先视频卡并不支持的分辨率。

显卡可能并不支持你当前某个更大分辨率的显示器，但是可以通过帧缓冲获取显卡的显存中的数据，处理之后，实现更大的分辨率的图像，然后将数据直接输出到显示器上。

【双显示器例子】

一个例子，可能就是双显示，最近刚刚看到实际某开发者的系统，就是两个显示器，鼠标移动超过单个显示器，到最右边的时候，就跑到另一个显示器了。对于常常用多系统或者需要打开很多东西的开发人员，这个功能很实用。

帧缓冲可以用于 页面交换page flipping（也常叫做 双缓冲double buffering），许多游戏都是采用此技术，以实现更流畅的视频输出，以便用户获得更好的游戏体验。此技术也被用于3D图形加速。

【双缓冲的主要实现原理】

假如你的显示器是VGA模式，640×400，也就是虚拟的分辨率是640X800，也就是800线（每一行的数据，称为一条线，也就是640X1的数据了）。800线的数据存储于Framebuffer，而实际的显示内容，只是400线，Linux内核中的Framebuffer模型中，对应有个变量yoffset，就是表示的这个具体的纵坐标，默认是0，所以显示的内容就是，0－399线，由于和实际显示 页面大小等同，所以此处可以简称为第一帧。如果yoffset改变了，比如此例中变为400，那就是显示剩余的部分，400－799线。此处简称为第二帧。

在系统显示第一帧的时候，系统在后台悄悄地准备第二帧的数据，所以，等第一帧显示完成，多数时候，第二帧的数据也准备好了，就可以直接显示，同时系统又在准备接下来的一帧的数据，这样就可以大大提高显示效率。

【平滑地滚动页面的实现原理】

同上，在显示完第一帧数据的时候，也就是0－399线的时候，将yoffset设置为1，就可以显示1－400线的数据了，显示完成后，再设置yoffset为2，就显示2－401线的数据，这样，就可以一点点地，平滑地显示整个滚动画面了。其实也就是画面在垂直方向的滚动。其中yoffset的增加，可以使用定时器，各个一段时间，比如10us，增加1，系统自动会更新显示对应的内容，这样我们所看到的内容就是滚动的画面了。

此外，Linux中的Framebuffer模型中，提供了一些ioctl功能，给定一些参数，然后系统可以实现对应的功能，其中有个参数就是FBIOPAN_DISPLAY。具体也就是类似如下调用：

ioctl (framebuffer_handler, FBIOPAN_DISPLAY, &variable_info);
而这个调用，如果显示不支持framebuffer的双缓冲的话，那么其framebuffer的缓冲大小，就是和物理上的显示器大小等同，那么对应的yoffset也就不会像双缓冲那样变化了。

也就是说，如果显卡/显示屏控制器不支持双缓冲，那么yoffset就应该一直为0，并且在运行时候，也不应该改变，也不应该去给FBIOPAN_DISPLAY的参数调用ioctl。 

小tip：

【测试显示屏是否正常工作】

在加载了显示屏驱动后，不知道是否已经工作正常的话，

可以通过在某个文件夹下有稍微多些文件的地方，去ls，以便显示有出来东西，

然后通过

ls > /dev/fb0

将当前文件夹列表出来的一些数据，送到framebuffer的默认设备/dev/fb0，如果显示屏驱动已经正常加载，显示屏可以正常工作的话，那么你会在显示屏左上角看到一些乱码花屏一类的东西，这就是你刚刚ls送过去的数据。

发现其他教程上的命令，效果更好：

cat screenshot >/dev/fb0

即将当前截屏内容送给LCD显示。

【LCD液晶显示器的坐标轴】

左上角为(0,0)，水平向左是X轴正向，垂直向下，是Y轴正向。即：

(0,0) X→

Y

↓ 

【写驱动前预先要了解的知识】

1.       软件方面：

要搞懂Linux的Framebuffer驱动的框架。

其中就包括熟悉Linux下，为了framebuffer专门实现的数据结构，尤其是

 
  1. struct fb_fix_screeninfo { 
  2.        char id[16];   /* identification string eg "TT Builtin" */ 
  3.        unsigned long smem_start;/* Start of frame buffer mem(physical address)*/
  4.        __u32 smem_len; /* Length of frame buffer mem */
  5.        __u32 type; /* see FB_TYPE_* */
  6.        __u32 type_aux; /* Interleave for interleaved Planes */
  7.        __u32 visual; /* see FB_VISUAL_*/
  8.        __u16 xpanstep; /* zero if no hardware panning */
  9.        __u16 ypanstep; /* zero if no hardware panning */
  10.        __u16 ywrapstep; /* zero if no hardware ywrap    */
  11.        __u32 line_length; /* length of a line in bytes    */
  12.        unsigned long mmio_start;/* Start of Memory Mapped I/O(physical address)*/
  13.        __u32 mmio_len; /* Length of Memory Mapped I/O */
  14.        __u32 accel; /* Type of acceleration available */
  15.        __u16 reserved[3]; /* Reserved for future compatibility */
  16. }; 

和

 
  1. /* more kernel header files copied shamelessly */ 
  2. struct fb_bitfield { 
  3.        __u32 offset; /* beginning of bitfield  */ 
  4.        __u32 length; /* length of bitfield */ 
  5.        __u32 msb_right;/* != 0 : Most significant bit is right */ 
  6. }; 
  7.  
  8. struct fb_var_screeninfo { 
  9.        __u32 xres; /* visible resolution*/ 
  10.        __u32 yres;
       __u32 xres_virtual;/* virtual resolution*/ 
  11.        __u32 yres_virtual; 
  12.        __u32 xoffset;/* offset from virtual to visible */ 
  13.        __u32 yoffset;/* resolution*/ 
  14.        __u32 bits_per_pixel;/* guess what */ 
  15.        __u32 grayscale; /* != 0 Graylevels instead of colors */ 
  16.        struct fb_bitfield red;/* bitfield in fb mem if true color, */ 
  17.        struct fb_bitfield green; /* else only length is significant */ 
  18.        struct fb_bitfield blue;
  19.        struct fb_bitfield transp; /* transparency*/ 
  20.        __u32 nonstd; /* != 0 Non standard pixel format */ 
  21.        __u32 activate;/* see FB_ACTIVATE_*        */ 
  22.         __u32 height;/* height of picture in mm    */ 
  23.        __u32 width;/* width of picture in mm     */ 
  24.        __u32 accel_flags;/* acceleration flags (hints)    */ 
  25.         /* Timing: All values in pixclocks, except pixclock (of course) */ 
  26.        __u32 pixclock; /* pixel clock in ps (pico seconds) */ 
  27.        __u32 left_margin; /* time from sync to picture */ 
  28.        __u32 right_margin; /* time from picture to sync */ 
  29.        __u32 upper_margin; /* time from sync to picture */ 
  30.        __u32 lower_margin; 
  31.        __u32 hsync_len; /* length of horizontal sync   */ 
  32.        __u32 vsync_len; /* length of vertical sync       */ 
  33.        __u32 sync; /* see FB_SYNC_* */ 
  34.        __u32 vmode; /* see FB_VMODE_* */ 
  35.        __u32 reserved[6]; /* Reserved for future compatibility */ 
  36. }; 

此处简单描述一下，fb_fix_screeninfo对应的是物理设备的相关属性，包括映射后的显存的起始地址，长度，类型等。

fb_var_screeninfo包含了很多具体驱动运行时候的，framebuffer，即显示内容的具体属性，包括实际的显示器上可见的分辨率大小，xres和yres，Framebuffer的分辨率大小xres_virtual和 yres_virtual，如果是上面提到的双缓冲，那么这个分辨率就是可以显示的分辨率的两倍了。

xoffset 和yoffset就是上面提到的，如果是双缓冲，对应不同的应用，就会在运行时刻，改变对应的xoffset 或yoffset，以实现不同的显示效果。

其他一些成员，具体看注释就知道了。

关于Framebuffer的使用，详情请参考第二个链接，里面已经说得很好很详细了，我就没必要再一一翻译了。

2. 硬件方面

了解自己的开发板上的LCD显示屏的大小，具体支持的哪些特性，比如是否支持双缓冲等。

把这些相关信息，在驱动编写的时候，进行对应的赋值。

【如何写framebuffer的LCD驱动】

主要是实现Linux的Framebuffer框架下的，一些函数，最基本的一些就是，以Linux内核中的S3c2410举例，在s3c2410fb.c中，有个对应的结构体： 

 
  1. static struct fb_ops s3c2410fb_ops = { 
  2.        .owner           = THIS_MODULE, 
  3.        .fb_check_var = s3c2410fb_check_var, 
  4.        .fb_set_par     = s3c2410fb_set_par, 
  5.        .fb_blank = s3c2410fb_blank, 
  6.        .fb_setcolreg   = s3c2410fb_setcolreg, 
  7.        .fb_fillrect      = cfb_fillrect, 
  8.        .fb_copyarea   = cfb_copyarea, 
  9.        .fb_imageblit   = cfb_imageblit, 
  10. }; 

可以看到，这里，将自己实现的那些对framebuffer的操作函数，包括设置LCD的参数，剪切，拷贝，清空等，赋值给那个结构体变量，这样上层framebuffer框架中的函数调用的时候，就会调用你自己实现的那些函数了。

有些函数，如fb_pan_display等，如果你没有实现，那么系统就会调用上层框架中默认实现的函数来去做对应的操作。

上层的默认的函数实现在 drivers/video/fbmem.c中。相关具体的细节，感兴趣的自己去看吧。 

关于fb驱动中的probe函数，在insmod对应驱动后执行，主要就是一些初始化，其中就包括了上面提到的几个全局变量，结构体的初始化，比如此例中的s3c2410fb_probe（）中：

 
  1. fbinfo->fix.type          = FB_TYPE_PACKED_PIXELS; 
  2. fbinfo->fix.type_aux          = 0; 
  3. fbinfo->fix.xpanstep          = 0; 
  4. fbinfo->fix.ypanstep          = 0; 
  5. fbinfo->fix.ywrapstep        = 0; 
  6. fbinfo->fix.accel        = FB_ACCEL_NONE; 
  7. fbinfo->var.nonstd      = 0; 
  8. fbinfo->var.activate           = FB_ACTIVATE_NOW; 
  9. fbinfo->var.accel_flags     = 0; 
  10. fbinfo->var.vmode      = FB_VMODE_NONINTERLACED; 

设置了fb和var的各自属性，是FB_ACTIVATE_NOW 立即激活类型，FB_VMODE_NONINTERLACED非交互模式（不支持双缓冲？）等等。

本人目前了解到的就是这么多，欢迎其他高手指出不妥之处和互相交流。

【参考资料】

【1】What is the Framebuffer?

 

【2】Console programming HOWTO - 7. framebuffer

 

【3】Linux Framebuffer Driver Writing HOWTO

 

【4】frame buffer device驱动程序

最后

以上就是优秀耳机为你收集整理的Linux下Framebuffer驱动简介的全部内容，希望文章能够帮你解决Linux下Framebuffer驱动简介所遇到的程序开发问题。

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本图文内容来源于网友提供，作为学习参考使用，或来自网络收集整理，版权属于原作者所有。
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