Linux驱动开发: FrameBuffe(LCD)驱动开发

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了Linux驱动开发: FrameBuffe(LCD)驱动开发相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

一、FrameBuffer 帧缓冲设备的原理

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。

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。

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)

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；

二、LCD知识介绍

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。

   1bpp :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。

   2bpp ：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 :

   8BPP : 一个像素使用 8 个二进制位表示它的颜色,可以有256种色。

   16BPP: 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。

   stm32 这种等级 CPU一般使用这个级别的。

          RGB565--常用  RGB5551

   24BPP: 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

   32BPP: 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。

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）。

2.3  LCD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）。

三、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。

3.1 编程步骤

(1)  打开/dev/fbX

   如：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:

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。

                例如： 我要让屏幕实现黑白切换。 (驱动层需要实现read和write函数)

While(1){
		Memset(buf,0,screensize);
		Write(fp,buf,screensize);
		Msleep(1);
		Memset(buf,0,screensize);
		Write(fp,buf,screensize);
		Msleep(1);
	}

       分析这里为什么会出现效率低的问题：

                        我要把数据给内核，write就会调用copy_from_user传递数据；

                        如果屏容量1024*768*4 约有3M左右的数据，我在屏上刷一幅图片要传递3M左右            的数据，1S要刷50次呢，就要在1s内传递150M左右的数据；

                        memset函数也传递了一次数据，一个2次数据传递，150*2=300M。

                        那么主频低cpu在这样短时间里处理就会卡顿等。

                不用read，write原因：

                        我们在调用memset的时候，传递了一次数据给缓冲区；然后再使用write的copy_fr/

       om_user又传递了一次数据，一共就传递数据了2次。

                        那么是mmap又是怎么样子的呢？

                        只要值映射的时候传递了一次数据，在效率上提高了一倍。

2- 内核一般对LCD屏操作是通过内存映射（mmap）方式来实现。

               这是一种常见的文件操作方法，系统编程课程会有提到。

我们需要知道lcd编程的概念:

把lcd看成是一块内存，使用mmap函数把它的缓冲区映射到进程空间中，然后通过映射后的地址直接操作驱动中的显示缓冲区，往这块缓冲写数据，lcd就会按数值转换成相应颜色显示在LCD屏上。

那么就需要把lcd设备文件映射到进程的地址空间中。

首先来介绍mmap函数：（man 2 mmap可以查看该函数的用法）

void *mmap(void *addr, 
			size_t length,
			int prot, 
			int flags,
			int fd, 
			off_t offset);

功能：把文件的内存映射到进程的地址空间中。

参数：

addr: 设置一个可用的地址，一般情况你不知道哪个地址是可用的。

       所以，给0表示由系统自动分配。

length：映射的长度。单位是字节

prot：属性。如PROT_READ（可读），PROT_WRITE（可写）等。

         PROT_EXEC         映射后的地址空间可以执行代码.

         PROT_READ       映射后可以读.

         PROT_WRITE      映射后可以写

         PROT_NONE        映射后不能访问   

flags：保护标志。常用的是共享方式 MAP_SHARED。

fd ：open返回的文件描述符。

offset：是从文件的哪个地方开始映射。   

返回值：映射后的首地址指针。

如下：

fbp =(unsigned char *) mmap (0, 					//表示系统自动分别可以映射地址
						 screensize, 			//映射大小（字节）
						 PROT_READ | PROT_WRITE, //映射得到的空间属性
						 MAP_SHARED, 			// 保护标志
						 fp,						//要映射的文件描述符
						 0);						//从文件的那个地方开始映射

把lcd设备文件映射到进程的地址空间，从映射开始0开始、大小为 screensize 的内容，得到一个指向这块空间首地址的指针fbp。

(5) 使用映射后的地址对屏进行操作

   使用上面得到的 fbp 指针，我们就可以来操作lcd的显示缓冲区了。

   示例1：要在(100,200) 处画一个点。

1- 计算偏移(固定的)地址：

       off = (800*200+100) * 4;  

屏幕上的点是呈(x,y)坐标形式，而进程地址空间呈一块连续的地址内存。所以要计算由屏上的点对于进程空间的地址。

写成通用的表示:

       Off = (xres*y + x) * bpp/8;

2- 写入颜色数据（是一个32位的数据）：

*(unsigned int *)(fbp+off) = 0x00ff0000;//低地址存低字节（小端格式）
或：
* (fbp+off)   = 0x00;  //B(蓝色)
* (fbp+off+1) = 0x00; 	//G(绿色)
* (fbp+off+2) = 0xff;	//R(红色)
* (fbp+off+3) = 0x00; //透明色

*(fbp+off)就是我们要写入颜色值的地方。

Fbp就是屏的起始点地址指针，fbp+off是指定点的地址指针。

这里的颜色表示是32bpp色深形式，rgb+透明色形式。

从低地址到高地址为B(蓝色)、G(绿色)、透明色。

我们可以把以上两个步骤封装成一个函数：

void show_pixle(int x,int y,unsigned int c)
{
    location = x * (vinfo.bits_per_pixel / 8) + y * finfo.line_length;
    *(unsigned int*)(fbp + location) = c;    
}

参数：

X:要画的点(x,y)的x坐标

Y:要画的点(x,y)的y坐标

C:要写入的颜色值

(6) 释放映射

知道映射的首地址指针，映射的大小就可以把之前映射的进程地址空间释放，还给系统作其他用途。

munmap (fbp, screensize);

(7) 关闭文件

然后就是把你打的设备文件关闭了。

close (fp);

OK，到此，你对这个文件的操作就结束了。

3.2 示例代码: 获取屏幕信息

#include <stdio.h>

#include <linux/fb.h>

int main(int argc,char**argv)

{

         struct fb_var_screeninfo var;//可变参数

         struct fb_fix_screeninfo fix;//固定参数

         

         int fb;

         fb=open("/dev/fb0",2);

         if(fb<0)

               {

                  printf("fb0打开失败!\\n");

                  return -1;  

               }

              

         /*1. 获取可变参数*/

         ioctl(fb,FBIOGET_VSCREENINFO,&var);

         printf("x=%d\\n",var.xres);

         printf("y=%d\\n",var.yres);

         printf("bit=%d\\n",var.bits_per_pixel);

         

         /*2. 获取固定参数*/

         ioctl(fb,FBIOGET_FSCREENINFO,&fix);

         printf("line_byte=%d\\n",fix.line_length);

         printf("smem_len=%d\\n",fix.smem_len);

         return 0;

}

输出的结果:

 

3.3 示例代码: 显示一个中文字符

在LCD屏指定位置显示一个中文字符。

#include <linux/fb.h>

#include <sys/types.h>

#include <sys/stat.h>

#include <fcntl.h>

#include <sys/ioctl.h>

#include <stdio.h>

#include <sys/mman.h>

#include <string.h>

unsigned char font[]={/*--  文字:  国  --*/

/*--  宋体42;  此字体下对应的点阵为：宽x高=56x56   --*/

0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,

0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x01,0x80,0x00,0x00,0x00,0x03,0x00,0x01,0xE0,0x00,0x00,

0x00,0x07,0x80,0x01,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xE0,0x01,0xF0,0x00,0x00,0x00,0x07,

0xC0,0x01,0xF0,0x00,0x00,0x00,0x07,0x80,0x01,0xF0,0x00,0x00,0x00,0x07,0x80,0x01,

0xF0,0x00,0x00,0x01,0x87,0x80,0x01,0xF0,0x00,0x00,0x03,0xC7,0x80,0x01,0xF6,0x00,

0x00,0x07,0xE7,0x80,0x01,0xF7,0xFF,0xFF,0xFF,0xF7,0x80,0x01,0xF1,0x80,0x7C,0x00,

0x07,0x80,0x01,0xF0,0x00,0x7C,0x00,0x07,0x80,0x01,0xF0,0x00,0x7C,0x00,0x07,0x80,

0x01,0xF0,0x00,0x7C,0x00,0x07,0x80,0x01,0xF0,0x00,0x7C,0x00,0x07,0x80,0x01,0xF0,

0x00,0x7C,0x00,0x07,0x80,0x01,0xF0,0x00,0x7C,0x00,0x07,0x80,0x01,0xF0,0x00,0x7C,

0x00,0x07,0x80,0x01,0xF0,0x00,0x7C,0x06,0x07,0x80,0x01,0xF0,0x00,0x7C,0x0F,0x07,

0x80,0x01,0xF1,0x80,0x7C,0x1F,0x87,0x80,0x01,0xF1,0xFF,0xFF,0xFF,0xC7,0x80,0x01,

0xF0,0xE0,0x7C,0x00,0x07,0x80,0x01,0xF0,0x00,0x7C,0x00,0x07,0x80,0x01,0xF0,0x00,

0x7F,0xC0,0x07,0x80,0x01,0xF0,0x00,0x7D,0xF0,0x07,0x80,0x01,0xF0,0x00,0x7C,0xFC,

0x07,0x80,0x01,0xF0,0x00,0x7C,0x7E,0x07,0x80,0x01,0xF0,0x00,0x7C,0x3F,0x07,0x80,

0x01,0xF0,0x00,0x7C,0x3F,0x07,0x80,0x01,0xF0,0x00,0x7C,0x1F,0x07,0x80,0x01,0xF0,

0x00,0x7C,0x0F,0x07,0x80,0x01,0xF0,0x00,0x7C,0x0E,0x07,0x80,0x01,0xF0,0x00,0x7C,

0x06,0x07,0x80,0x01,0xF0,0x00,0x7C,0x03,0x87,0x80,0x01,0xF0,0x00,0x7C,0x07,0xC7,

0x80,0x01,0xFC,0x00,0x7C,0x0F,0xE7,0x80,0x01,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0x80,0x01,

0xF7,0x00,0x00,0x00,0x07,0x80,0x01,0xF0,0x00,0x00,0x00,0x07,0x80,0x01,0xF0,0x00,

0x00,0x00,0x07,0x80,0x01,0xF0,0x00,0x00,0x00,0x07,0x80,0x01,0xF0,0x00,0x00,0x00,

0x07,0x80,0x01,0xF0,0x00,0x00,0x00,0x07,0x80,0x01,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0x80,

0x01,0xF0,0x00,0x00,0x00,0x07,0x80,0x01,0xF0,0x00,0x00,0x00,0x07,0x80,0x01,0xF0,

0x00,0x00,0x00,0x07,0x80,0x01,0xF0,0x00,0x00,0x00,0x06,0x00,0x01,0xC0,0x00,0x00,

0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,

0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,};

unsigned char *fbmem=NULL;

struct fb_var_screeninfo var;  // 可变参数--

struct fb_fix_screeninfo fix;  // 固定参数--

/*画点*/

void show_pixel(int x,int y,int color)

{

        unsigned long  *show32 = NULL;

        /* 定位到LCD屏上的位置*/

        show32  =(unsigned long  *)(fbmem + y*var.xres*var.bits_per_pixel/8 + x*var.bits_per_pixel/8);

        *show32 =color;  /*向指向的LCD地址赋数据*/

}

/*

函数功能：在LCD屏上显示字体

*/

void LCD_ShowFont(unsigned int x,unsigned int y,unsigned int w,unsigned int h,unsigned char *p)

{

        unsigned int i,j;

        unsigned char data;

        unsigned int x0=x;  //保存X坐标

        for(i=0;i<w/8*h;i++)

        {

                 data=p[i];

                 for(j=0;j<8;j++)

                 {

                         if(data&0x80)show_pixel(x,y,0xF800); //字体颜色画红色

                         else show_pixel(x,y,0x0000);       //背景颜色画白色

                         x++;             //画完一个点，x坐标要向后移动

                         data<<=1;   //依次判断

                 }

                 if(x-x0==w)  //判断是否需要换新行

                 {

                         x=x0; //横坐标归位

                         y++;  //换新的一行

                 }

        }

}

int main(int argc,char **argv)

{

        int fd;

        /* 1、打开/dev/fb0 */

        fd = open("/dev/fb0",2);

        if(fd <= 0)

        {

                 printf("open is error!!\\n");

                 return -1;

        }

       

        /* 2、获取可变参数，固定参数 */

        /* 2.2、FBIOGET_VSCREENINFO获取可变参数:x,y,bpp */

        ioctl(fd,FBIOGET_VSCREENINFO,&var);

        printf("横坐标=%d\\n",var.xres);

        printf("纵坐标=%d\\n",var.yres);

        printf("一个像素点的位数=%dbit\\n",var.bits_per_pixel);

        printf("横坐标*纵坐标*一个像素点的位数/8=Framebuffer的大小=%d字节\\n",var.xres*var.yres*var.bits_per_pixel/8);

        /* 2.2、FBIOGET_FSCREENINFO获取固定参数:显存大小 */

        ioctl(fd,FBIOGET_FSCREENINFO,&fix);

        printf("屏幕显示缓冲区大小=%d字节\\n",fix.smem_len); //FD缓冲区长度

        printf("虚拟横坐标=%d字节\\n",var.xres_virtual);

        printf("虚拟纵坐标=%d字节\\n",var.yres_virtual);

        /* 3、获取显存虚拟起始地址 */

        /*

         * start:虚拟起始地址 null 自动分配

         * length: 映射的大小

         * prot :权限 PROT_READ | PROT_WRITE

         * flags : MAP_SHARED

         * fd:文件描述符

         */

        fbmem =(unsigned char *)mmap(NULL,fix.smem_len,PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_SHARED,fd, 0);

        printf("LCD 映射地址:%p\\n",fbmem);

        if(fbmem == (unsigned char *)-1)

        {

                 printf("mmap error!!!\\n");

                 munmap(fbmem,fix.smem_len);   //取消映射

                 return -1;

        }

       

        /* 4、清屏函数----把fbmem空间覆盖成0x0    ，清屏成黑色*/

        memset(fbmem,0x00,fix.smem_len);

        LCD_ShowFont(50,150,56,56,font); //显示汉字

        close(fd);

        return 0;

}

四、MMAP驱动实现

4.1 mmap简介

mmap函数用于将一个文件或者其它对象映射进内存，通过对这段内存的读取和修改，来实现对文件的读取和修改，而不需要再调用read,write等操作。

头文件：<sys/mman.h>

函数原型：

void* mmap(void* start,size_t length,int prot,int flags,int fd,off_t offset);

int munmap(void* start,size_t length);

4.2 mmap系统调用接口参数说明

映射函数

void *mmap(void *addr, size_t len, int prot, int flags, int fd, off_t offset); 

addr: 指定映射的起始地址，通常设为NULL，由系统指定。

length:映射到内存的文件长度。

prot:  映射的保护方式，可以是：

PROT_EXEC：映射区可被执行

PROT_READ：映射区可被读取

PROT_WRITE：映射区可被写入

PROT_NONE：映射区不能存取

Flags:  映射区的特性，可以是：

MAP_SHARED：写入映射区的数据会复制回文件，且允许其他映射该文件的进程共享。

MAP_PRIVATE：对映射区的写入操作会产生一个映射区的复制(copy_on_write)，对此区域所做的修改不会写回原文件。

fd:由open返回的文件描述符，代表要映射的文件。

offset:以文件开始处的偏移量，必须是分页大小的整数倍，通常为0，表示从文件头开始映射。

解除映射

int munmap(void *start, size_t length); 

功能：取消参数start所指向的映射内存，参数length表示欲取消的内存大小。

返回值：解除成功返回0，否则返回-1

4.3 Linux内核的mmap接口

Linux内核中使用结构体vm_area_struct来描述虚拟内存的区域，其中几个主要成员如下：

unsigned long vm_start   虚拟内存区域起始地址

unsigned long vm_end   虚拟内存区域结束地址

unsigned long vm_flags  该区域的标志

该结构体定义在<linux/mm_types.h>头文件中。

该结构体的vm_flags成员赋值的标志为：VM_IO和VM_RESERVED。

其中：VM_IO表示对设备IO空间的映射，M_RESERVED表示该内存区不能被换出，在设备驱动中虚拟页和物理页的关系应该是长期的，应该保留起来，不能随便被别的虚拟页换出（取消）。

mmap操作接口

在字符设备的文件操作集合（struct file_operations）中有mmap函数的接口。原型如下：

int (*mmap) (struct file *, struct vm_area_struct *);

其中第二个参数struct vm_area_struct *相当于内核找到的，可以拿来用的虚拟内存区间。mmap内部可以完成页表的建立。

4.5 实现mmap映射

       映射一个设备是指把用户空间的一段地址关联到设备内存上，当程序读写这段用户空间的地址时，它实际上是在访问设备。这里需要做的两个操作：

1. 找到可以用来关联的虚拟地址区间。

2.  实现关联操作。

mmap设备操作实例如下：

static int  tiny4412_mmap(struct file *myfile, struct vm_area_struct *vma)

{

        vma->vm_flags |= VM_IO;//表示对设备IO空间的映射 

        vma->vm_flags |= VM_RESERVED;//标志该内存区不能被换出(取消)，在设备驱动中虚拟页和物理页的关系应该是长期的，应该保留起来，不能随便被别的虚拟页换出 

        if(remap_pfn_range(vma,//虚拟内存区域，即设备地址将要映射到这里 

                       vma->vm_start,//虚拟空间的起始地址 

                       virt_to_phys(buf)>>PAGE_SHIFT,//与物理内存对应的页帧号，物理地址右移12位 

                       vma->vm_end - vma->vm_start,//映射区域大小，一般是页大小的整数倍 

                       vma->vm_page_prot))//保护属性， 

        { 

                 return -EAGAIN; 

        } 

        printk("tiny4412_mmap\\n");

        return 0;

}

其中的buf就是在内核中申请的一段空间。使用kmalloc函数实现。

代码如下：

buf = (char *)kmalloc(MM_SIZE, GFP_KERNEL);

//内核申请内存只能按页申请，申请该内存以便后面把它当作虚拟设备 

4.6 remap_pfn_range函数

remap_pfn_range函数用于一次建立所有页表。函数原型如下：

int remap_pfn_range(struct vm_area_struct *vma, unsigned long addr, unsigned long pfn, unsigned long size, pgprot_t prot); 

      其中vma是内核为我们找到的虚拟地址空间，addr要关联的是虚拟地址，pfn是要关联的物理地址，size是关联的长度是多少。

    ioremap与phys_to_virt、virt_to_phys的区别：

以上是关于Linux驱动开发: FrameBuffe(LCD)驱动开发的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章

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