linux--framebuffer驱动框架

一：framebuffer？

帧缓冲（一屏幕数据）（简称fb），内核中虚拟出的设备，向应用层提供一个统一标准的显示接口（frambuffer）。

容许应用层在图形模式下直接对显示缓冲区进行读写操作。

framebuffer用来操作物理显存的位置，换页机制等操作。

使用framebuffer时，linux将显卡置于图形模式下。

framebuffer的设备文件: /dev/fb0。

1：对应的源文件：linux/driver/video/总抽象设备：fbcon.c（还有与各种显卡驱动相关的源文件）

设备驱动的源文件：linux/driver/video/fbmem.c           linux/include/linux/fb.h（framebuffer的设备信息的头文件）（主要用来分析这两个文件）

linux/drivers/video/fbgen.c或者linux/drivers/video目录下的其它设备驱动是比较好的参考资料。

分析结构体：

1：fb_info：

struct fb_info {   //用来描述一个fb设备的结构体
    atomic_t count;
    int node;
    int flags;
    struct mutex lock;        /* Lock for open/release/ioctl funcs */
    struct mutex mm_lock;        /* Lock for fb_mmap and smem_* fields */
    struct fb_var_screeninfo var;    /* Current var */ //fb的可变参数跟屏幕输出有关系
    struct fb_fix_screeninfo fix;    /* Current fix */  //fb的固定参数
    struct fb_monspecs monspecs;    /* Current Monitor specs */
    struct work_struct queue;    /* Framebuffer event queue */
    struct fb_pixmap pixmap;    /* Image hardware mapper */
    struct fb_pixmap sprite;    /* Cursor hardware mapper */
    struct fb_cmap cmap;        /* Current cmap */
    struct list_head modelist;      /* mode list */
    struct fb_videomode *mode;    /* current mode */

#ifdef CONFIG_FB_BACKLIGHT
    /* assigned backlight device */
    /* set before framebuffer registration,
       remove after unregister */
    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;     //对应的fb的操作函数
    struct device *device;        /* This is the parent */ //fb的父设备
    struct device *dev;        /* This is this fb device */  //fb的当前设备
    int class_flag;                    /* private sysfs flags */
#ifdef CONFIG_FB_TILEBLITTING
    struct fb_tile_ops *tileops;    /* Tile Blitting */
#endif
    char __iomem *screen_base;    /* Virtual address */ //显存的基地址(虚拟地址)
    unsigned long screen_size;    /* Amount of ioremapped VRAM or 0 */ //显存的字节大小
    void *pseudo_palette;        /* Fake palette of 16 colors */ //16位调色板
#define FBINFO_STATE_RUNNING    0
#define FBINFO_STATE_SUSPENDED    1
    u32 state;            /* Hardware state i.e suspend */
    void *fbcon_par;                /* fbcon use-only private area */
    /* From here on everything is device dependent */
    void *par;
    /* we need the PCI or similar aperture base/size not
       smem_start/size as smem_start may just be an object
       allocated inside the aperture so may not actually overlap */
    struct apertures_struct {
        unsigned int count;
        struct aperture {
            resource_size_t base;
            resource_size_t size;
        } ranges[0];
    } *apertures;

    bool skip_vt_switch; /* no VT switch on suspend/resume required */
};

2;fb_var_screeninfo (fb的可变参数)

struct fb_var_screeninfo {
    __u32 xres;            /* visible resolution        */ //水平分辨率
    __u32 yres;                                        //垂直分辨率    
    __u32 xres_virtual;        /* virtual resolution        */ //虚拟水平分辨率
    __u32 yres_virtual;                                //虚拟垂直分辨率
    __u32 xoffset;            /* offset from virtual to visible */ //当前显示偏移量
    __u32 yoffset;            /* resolution            */  //当前显示垂直偏移量

    __u32 bits_per_pixel;        /* guess what            */ //像素大小
    __u32 grayscale;        /* 0 = color, 1 = grayscale,    */
                    /* >1 = FOURCC            */
    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    */ //物理高度mm
    __u32 width;            /* width of picture in mm     */ //物理宽度mm

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

    /* Timing: All values in pixclocks, except pixclock (of course) */
    __u32 pixclock;            /* pixel clock in ps (pico seconds) */ //像素时钟
    //lcd时序参数
    __u32 left_margin;        /* time from sync to picture    */
    __u32 right_margin;        /* time from picture to sync    */
    __u32 upper_margin;        /* time from sync to picture    */
    __u32 lower_margin;
    __u32 hsync_len;        /* length of horizontal sync    */
    __u32 vsync_len;        /* length of vertical sync    */
    __u32 sync;            /* see FB_SYNC_*        */
    __u32 vmode;            /* see FB_VMODE_*        */
    __u32 rotate;            /* angle we rotate counter clockwise */
    __u32 colorspace;        /* colorspace for FOURCC-based modes */
    __u32 reserved[4];        /* Reserved for future compatibility */
};

3:fb_fix_screeninfo //fb的固定参数：显卡属性，运行时不能被修改

　　struct fb_fix_screeninfo {

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

　　unsigned long smem_start; /* Start of frame buffer mem */ 内存起始

　　/* (physical address) */ 物理地址

　　__u32 smem_len; /* Length of frame buffer mem */ 内存大小

　　__u32 type; /* see FB_TYPE_* */

　　__u32 type_aux; /* Interleave for interleaved Planes */插入区域？

　　__u32 visual; /* see FB_VISUAL_* */

　　__u16 xpanstep; /* zero if no hardware panning */没有硬件设备就为零

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

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

　　__u32 line_length; /* length of a line in bytes */ 一行的字节表示

　　unsigned long mmio_start; /* Start of Memory Mapped I/O */内存映射的I/O起始

　　/* (physical address) */

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

　　__u32 accel; /* Type of acceleration available */ 可用的加速类型

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

　　};

4：fb_cmap：描述设备无关的映射信息，可以通过FBIOGETCMAP 和 FBIOPUTCMAP对应的ioctl操作设置获取颜色映射信息.

　struct fb_cmap {

　　__u32 start; /* First entry */ 第一个入口

　　__u32 len; /* Number of entries */ 入口的数字

　　__u16 *red; /* Red values */ 红

　　__u16 *green;

　　__u16 *blue;

　　__u16 *transp; /* transparency, can be NULL */ 透明，可以为零

　　};

5：struct fb_ops

　　用户应用可以使用ioctl()系统调用来操作设备，这个结构就是用一支持ioctl()的这些操作的。

　　struct fb_ops {

　　/*打开释放有用的标志 */

　　struct module *owner;

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

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

　　/* 得到固定参数*/

　　int (*fb_get_fix)(struct fb_fix_screeninfo *fix, int con,struct fb_info *info);

    /* 设置颜色寄存器 */
    int (*fb_setcolreg)(unsigned regno, unsigned red, unsigned green，unsigned blue, unsigned transp, struct fb_info *info);

　　/* 得到改变参数 */

　　int (*fb_get_var)(struct fb_var_screeninfo *var, int con,struct fb_info *info);

　　/* 设置改变参数 */

　　int (*fb_set_var)(struct fb_var_screeninfo *var, int con,struct fb_info *info);

    /* 批量设置颜色寄存器*/
    int (*fb_setcmap)(struct fb_cmap *cmap, struct fb_info *info);

　　/*得到色彩表 */

　　int (*fb_get_cmap)(struct fb_cmap *cmap, int kspc, int con,struct fb_info *info);

    /*绘制一个矩形 */ //cfbfillrect.c
    void (*fb_fillrect) (struct fb_info *info, const struct fb_fillrect *rect);
    /* 拷贝数据从一个区域到另一个区域 */ //cfbcopyarea.c文件中（可编译成.ko文件）
    void (*fb_copyarea) (struct fb_info *info, const struct fb_copyarea *region);
    /*将图像绘制到显示器 */ //cfbimgblt.c
    void (*fb_imageblit) (struct fb_info *info, const struct fb_image *image);

　　/* 设置*/

　　int (*fb_set_cmap)(struct fb_cmap *cmap, int kspc, int con,struct fb_info *info);

　　/* 平移显示 */

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

　　/*执行特定的ioctl*/

　　int (*fb_ioctl)(struct inode *inode, struct file *file, unsigned int cmd,unsigned long arg, int con, struct fb_info *info);

　　/* 执行fb特定的mmap */

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

　　/*  切换到光栅图像模式*/

　　int (*fb_rasterimg)(struct fb_info *info, int start);　};

二：fbmem.c

处于设备驱动的中心位置，它为上层的应用提供调用，也为下层的驱动提供接口，哪些硬件的驱动需要到这的接口来想体统注册，fbmem.c为所有的framebuffer提供了通用的接口

1：文件的全局变量

struct fb_info *registered_fb[FB_MAX] __read_mostly; //所注册的所有fb_info都保存在该数组中
int num_registered_fb __read_mostly;    //添加一个结构体，该参数自动+1；

　　static struct {

　　const char *name;

　　int (*init)(void);

　　int (*setup)(void);

　　} fb_drivers[] __initdata= { ....}; //如果静态连接到内核，对应添加到该表中，动态insmod。则不需要关心。

         framebuffer_alloc用来分配一个fb_info 结构体。

　　register_framebuffer(struct fb_info *fb_info);         unregister_framebuffer(struct fb_info *fb_info);

是提供设备驱动的接口，几乎所有的底层设备驱动所要做的事就是填充fb_info，用来注册/注销自己，

注意分层的概念：设备驱动向用户程序提供调用接口，我们实现底层硬件操作定义file_operations结构体想系统提供调用接口。

static struct fb_info *file_fb_info(struct file *file)：我们采用该函数来找到对应的注册的fb_info结构体

其中fb_info中的struct fb_ops *fbops;是底层操作函数：file_operations：是上层系统调用接口，可直接调用，

当ioctl系统调用时，最终调用到接口到的fb_ops中的函数中，去支持这些操作。

　　ioctl()系统调用在文件fbmem.c中实现，通过观察可以发现ioctl()命令与fb_ops’s 中函数的关系:

　　FBIOGET_VSCREENINFO fb_get_var

　　FBIOPUT_VSCREENINFO fb_set_var

　　FBIOGET_FSCREENINFO fb_get_fix

　　FBIOPUTCMAP fb_set_cmap

　　FBIOGETCMAP fb_get_cmap

　　FBIOPAN_DISPLAY fb_pan_display

　如果我们定义了fb_XXX_XXX 方法，用户程序就可以使用FBIOXXXX宏的ioctl()操作来操作硬件。

fb_set_var()是最重要的，它用于设定显示卡的模式和其它属性，下面是函数fb_set_var()的执行步骤：

　　1)检测是否必须设定模式

　　2)设定模式

　　3)设定颜色映射

　　4) 根据以前的设定重新设置LCD控制器的各寄存器。

其中比较重要的步奏是设置底层的fb_ops操作函数。
 

最后

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