#导入Word文档图片# Linux下FrameBuffe(LCD)驱动编写

Posted 2022-07-24 DS小龙哥

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21.1 FrameBuffer 帧缓冲设备的原理​

21.1.1 概念​

在linux系统中LCD这类设备称为帧缓冲设备，英文frameBuffer设备。​

frameBuffer 是出现在2.2.xx 内核当中的一种驱动程序接口。​

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。​

21.1.2 帧缓冲的理解​

用户可以将Framebuffer看成是显示内存的一个映像，将其映射到进程地址空间之后，就可以直接进行读写操作，而写操作可以立即反应在屏幕上。​

这种操作是抽象的、统一的。用户不必关心物理显存的位置、换页机制等等具体细节。​

这些都是由Framebuffer设备驱动来完成的。​

21.1.3 了解帧缓冲设备文件​

framebuffer的设备文件一般是/dev/fb0、/dev/fb1等，最多支持32个设备。​

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）：​

（次设备号）0 = /dev/fb0 第一个fb设备​

（次设备号）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；​

注意，这个命令保存下来的仅是rgb数据，并不是图片格式，Window下是打不开的。​

(前提是framebuffer驱动里实现了read函数)​

21.1.4 如何去操作这个设备文件​

对程序员和Linux系统来说，framebuffer设备与其他的文件没有区别；可以通过配置对framebuffer设备文件完成对硬件的参数设置。​

framebuffer映射操作：​

通过read()和write()进行数据的读取；​ 或者通过mmap()函数将内部数据映射到应用程序空间；​ 3）用mmap()函数把内存中的图像数据直接映射到framebuffer并显示出来，耗时短、效率高。​ 4）通过ioctl()可以获得显示设备的一些信息：​ 1-固定信息（比如显示内存大小）​ 2-显示模式相关的可变信息（比如分辨率、象素结构、每扫描线的字节宽度），以及伪彩色模式下的调色板信息等等；​

21.2 LCD知识介绍​

21.2.1了解LCD显示的色深​

色深(BPP)：一个像素使用多少个二进制位表示它的颜色。​

一个像素使用 1 个二进制位表示它的颜色,可以有两种色，这种屏单色屏。​

：一个像素使用 2 个二进制位表示它的颜色,可以有4种色，恢阶。​

4BPP :​

一个像素使用 8 个二进制位表示它的颜色,可以有256种色。​

一个像素使用 16 个二进制位表示它的颜色,可以有65536种色,伪彩色。​

这种等级 CPU一般使用这个级别的。​

常用 RGB5551​

一个像素使用 24 个二进制位表示它的颜色,可以有16M种色,真彩色。​

RGB888​

一个像素使用 32 个二进制位表示它的颜色。 增加了透明度控制。​

ARGB888​

所有颜色都由RGB三原色组成。通过调节三者比例程现不同颜色。​

21.2.2 LCD屏的时序​

要驱动一个TFT屏，首先来认识一下LCD工作时序图。在（芯片数据手册）Exynos 4412 SCP_Users Manual_Ver.0.10.00_Preliminary0.pdf的1816页，第41.3.11.2章节LCD RGB Interface Timing。​

LCD的工作时序图如下：​

可以把LCD看成一个二维数据。从左到右，从上到下，一个点一点描绘（逐行扫描）。当最后一个点描绘完成，循环扫描。所有显示器显示图像的原理都是从上到下，从左到右的。​

那么这幅图在LCD上的显示原理就是:​

序号​	名称​	具体描述​
1​	像素​	一副图像可以看做是一个矩形，由很多排列整齐的点一行一行组成。这些点称之为像素。​
2​	像素时钟信号​	显示指针从矩形左上角第一行第一个点开始，一个点一个点的在LCD上显示；在上面的时序图上用时间线表示就为VCLK，我们称之为像素时钟信号。​
3​	1 line​	当显示指针一直显示到矩形的右边就结束这一行，那么这一行的动作在上面的时序图中就称之为1 Line。​
4​	行切换​	接下来显示指针又回到矩形的左边从第二行开始显示；​ 注意，显示指针在从第一行的右边回到第二行的左边是需要一定的时间的。​ 我们称之为行切换​
5​	HSYNC​	如此类推，显示指针就这样一行一行的显示至矩形的右下角才把一副图显示完成。因此，这一行一行的显示在时间线上看，就是时序图上的HSYNC。​
6​	帧​	然而，LCD的显示并不是对一副图像快速的显示一下，为了持续和稳定的在LCD上显示，就需要切换到另一幅图上(另一幅图可以和上一副图一样或者不一样，目的只是为了将图像持续的显示在LCD上)。那么这一副一副的图像就称之为帧；​ 在时序图上就表示为1 Frame，因此从时序图上可以看出1 Line只是1 Frame中的一行；​
7​	帧切换​	同样的，在帧与帧切换之间也是需要一定的时间的，我们称之为帧切换​
8​	VSYNC​	那么LCD整个显示的过程在时间线上看，就可表示为时序图上的VSYNC。​

LCD提供的外部接口信号说明：​

（Synchronization：同步，vertical：垂直，horizontal：水平）​

名称​	具体描述​
VSYNC​	垂直同步信号(TFT)/帧同步信号(STN)，标志新的一屏数据开始扫描。​
HSYNC​	水平同步信号(TFT)/行同步脉冲信号(STN)​
VDEN​	数据使能信号(TFT)/LCD驱动交流偏置信号(STN)​
VD[23:0]​	LCD像素数据输出端口(TFT/STN)​
VCLK​	象素时钟信号(TFT/STN)​
LEND​	行结束信号(TFT)/SEC TFT信号​

上面时序图上各时钟延时参数的含义如下：​

(这些参数的值，LCD产生厂商会提供相应的数据手册)。​

名称​	对应驱动中变量​	具体描述​
VBPD​	upper_margin​	表示在一帧图像开始时，垂直同步信号以后的无效的行数。​
VFBD​	lower_margin​	表示在一帧图像结束后，垂直同步信号以前的无效的行数。​
VSPW​	vsync_len​	表示垂直同步脉冲的宽度，用行数计算。​
HBPD​	left_margin​	表示从水平同步信号开始到一行的有效数据开始之间的VCLK的个数。​
HFPD​	right_margin​	表示一行的有效数据结束到下一个水平同步信号开始之间的VCLK的个数。​
HSPW​	hsync_len​	表示水平同步信号的宽度，用VCLK计算​

它们的英文全称：​

VBPD(vertical back porch) ：垂直后肩​

VFBD(vertical front porch) ：垂直前肩​

VSPW(vertical sync pulse width)：垂直同步脉冲宽度​

HBPD(horizontal back porch)：水平前肩​

HFPD(horizontal front porth)：水平后肩​

HSPW(horizontal sync pulse width)：水平同步脉冲宽度​

LINEVAL: 屏实际高度-1。​

HOZVAL: 屏实际宽度-1。 ​

像素时钟信号：一个像素时钟（时间）扫描一个点。​

帧：由行组成​

行：由像素组成​

扫描过程：​

发起帧同步信号-->行同步信号-->像素时钟信号 （三种信号是同步出现）。​

21.2.3时序参数的值​

以上参数都是由LCD屏厂家提供的。参考光盘资料：​

Disk-A\\Datasheet\\LCD\\S700-AT070TN92.pdf​

在以上文档的14页，我们一般用的是经典值。​

除了以上的时序参数外，还要注意LCD控制器的默认时序极性和LCD屏的时序极性是否相同，不同则配置为相同。（VSYNC,HSYNC,DEN,像素采样边沿）。​

21.3 应用层FrameBuffer 帧缓冲设备编程(LCD屏编程)​

在Linux 系统中LCD的应用程序编程是有特定编写模板的。下面我们就一步一步的来编写linux下的lcd应用程序。​

21.7.1 编程步骤​

(1) 打开/dev/fbX​

fp = open ("/dev/fb0",O_RDWR);​

Open的第一个参数：/dev/fbx,打开lcd设备文件，lcd设备文件在dev目录下都是以fb*存在的。​

得到一个可代表这个设备文件的文件描述符。​

(2) 获取可变参数、固定参数​

• 如：要获取可变参数​

那么就定义一个变量来存放这个可变参数:​

struct fb_var_screeninfo vinfo;​

然后用ioctl接口实现数据的传递：​

ioctl(fp,FBIOGET_VSCREENINFO,&vinfo)//可变参数​

既然我们要获取参数，那么ioctl方向肯定是从内核到应用空间；​

根据FBIOGET_VSCREENINFO命令，从fbX设备文件中获取对应的数据，存放在vinfo指向的结构中。​

具体是什么结构的数据就看从内核传递上来是什么数据了。​

FBIOGET_VSCREENINFO命令命名方式可以分解如下：​

FB IO GET_V SCREEN INFO​

这样就可以直观的看出来，是获取屏幕的可变信息。​

如：要获取固定参数​

同样也定义一个变量来存放这个固定参数：​

struct fb_fix_screeninfo finfo; //固定参数​

通过lcd驱动提供的iotcl接口获取： ​

ioctl(fp,FBIOGET_FSCREENINFO,&finfo)//固定参数​

(3)计算屏幕大小(字节为单位)​

计算屏幕大小是为了后面的mmap函数使用，这个屏幕大小是根据可变参数来计算的，公式如下：​

屏幕内存大小 = 分辨率*（bpp/8）​ （x方向分辨率）* （y方向分辨率）*（bpp/8） ​

屏幕的一个点就是x方向的32位数据和y方向的32数据构成。​

其中Bpp/8意义是每一个像素占用了多少个字节。即32/8=4byte。​

我们可以看出来，屏幕内存大小是以字节为单位的。​

如：​

screensize = vinfo.xres * vinfo.yres * vinfo.bits_per_pixel/8;​

这个screensize有何用处呢，就是给mmap函数去映射空间时使用的。​

(4)​内存映射（mmap函数）​

Linux下一切都是文件，我们在对Lcd设备文件操作就是对lcd屏进行了操作。​

我们一般想到对屏的操作方法: ​

1- LCD操作可以像其他字符设备一样可以调用read,write,对lcd屏进行操作；​

但是出于效率考虑，一般不这样操作。​