linux驱动之framebuffer

Posted 2021-01-27 ZQ_One

第一部分   framebuffer 概念介绍

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，这些都是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，可以通过对framebuffer的读写直接对显存进行操作。用户可以将framebuffer看成是显卡的一个映像，将其映射到进程空间后，就可以直接读写操作，写操作会直接反映在屏幕上。

　　framebuffer是一个字符设备，主设备号是29，对应于/dev/fb%d设备文件。通常，使用如下方式（数字代表次设备号）

　　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   虽然可以向内存设备（/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与应用程序的互交

　　对于应用程序而言，它和其它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，再进行操作。

　　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，如屏幕的分辨率、每个像素点的比特数。根据屏幕的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。

第二部分  framebuffer数据结构分析　

　    

　　

 　　framebuffer涉及的数据结构如下：

　　（1）struct  fb_info 

　　　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。

　　（2）struct  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，

　　（3）struct  fb_fix_screeninfo

　　　   该结构体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。

　　（4）struct  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。

　　（5）struct  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。
　　

　　以上结构体的关系如下：

（6）struct 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。

 

第三部分 framebuffer核心层框架分析

　　framebuffer设备在Linux中是以平台设备形式存在的，fb设备驱动核心层为上层提供了系统调用，为底层驱动提供了接口，核心层的主文件及其功能如下。
　　(1)drivers/video/fbmem.c。主要任务：1、创建graphics类、注册FB的字符设备驱动、提供register_framebuffer接口给具体framebuffer驱动编写着来注册fb设备的。本文件相对于fb来说，地位和作用和misc.c文件相对于杂散类设备来说一样的，结构和分析方法也是类似的。
　　(2)drivers/video/fbsys.c。这个文件是处理fb在/sys目录下的一些属性文件的。
　　(3)drivers/video/modedb.c。这个文件是管理显示模式（譬如VGA、720P等就是显示模式）的
　　(4)drivers/video/fb_notify.c

 

　　fbmem_init函数
　　(1)#ifdef MODULE
　　(2)fb_proc_fops和fb在proc文件系统中的表现
　　(3)register_chrdev注册fb设备
　　(4)class_create创建graphics类
　　(5)fbmem_exit的对应
　　fb_fops
　　(1)为应用层实现read/write/mmap/ioctl在驱动层的接口
　　(2)registered_fb和num_registered_fb
　　(3)struct fb_info　　register_framebuffer函数

　　(1)fb驱动框架开放给驱动编写着的注册接口
　　(2)fb_check_foreignness
　　(3)remove_conflicting_framebuffers
　　(4)device_create
　　(5)fb_init_device

　　fb在sysfs中的接口
　　(1)device_attrs
　　(2)dev_set_drvdata和dev_get_drvdata

　　注册登记该fb设备
　　(1)registered_fb[i] = fb_info;
　　(2)结合fb_read等函数中对fb_info的使用
　　(3)关键点：数据如何封装、数据由谁准备由谁消费、数据如何传递

 

第四部分 framebuffer驱动层分析

　　驱动层涉及源码文件：

　　(1)drivers/video/samsung/s3cfb.c，驱动主体，主要是处理和数据结构有关的
　　(2)drivers/video/samsung/s3cfb_fimd6x.c，里面有很多LCD硬件操作的函数，主要是处理和硬件有关的
　　(2)arch/arm/mach-s5pv210/mach-x210.c，负责提供platform_device的
　　(3)arch/arm/plat-s5p/devs.c，为platform_device提供一些硬件描述信息

　　s3cfb.c文件probe函数分析

　　(1)struct s3c_platform_fb *pdata;

　　struct s3c_platform_fb 这个结构体是fb的platform_data结构体，这个结构体变量就是platform设备的私有数据，这个数据在platform_device.device.platform_data中存储。在mach文件中去准备并填充这些数据，在probe函数中通过传参的platform_device指针取出来。

　　(2)struct s3cfb_global 这个结构体主要作用是在驱动部分的2个文件（s3cfb.c和s3cfb_fimd6x.c）的函数中做数据传递用的。
　　(3)struct resource
　　(4)regulator

 　　

　　mach-x210.c文件分析

　　smdkc110_machine_init函数里面主要是做了一些该平台下数据的初始化，里面涉及fb的由两个部分，如下：

　　（1）platform_add_devices(smdkc110_devices, ARRAY_SIZE(smdkc110_devices));  //存放平台数据

　　　　　　　　smdkc110_devices

　　　　　　　　　　s3c_device_fb

　　（2）s3cfb_set_platdata(&ek070tn93_fb_data);　　//主要是用于提供设置GPIO的函数

 

 

 

第五部分 修改内核logo

　　1、找一个需要显示的logo的png格式的图片（图片分辨率不得大于屏幕分辨率），并将其命令为logo.png

　　2、在终端下执行以下命令

　　　　pngtopnm logo.png | ppmquant -fs 224 | pnmtoplainpnm > logo_linux_clut224.ppm

　　3、将生成的ppm文件拷贝到替换掉/root/porting_x210/kernel/x210kernel/drivers/video/logo/目录下

　　　　并将其改名为logo_x210_clut224.ppm

　　4、make

　备注：

　（1）修改fbmem.c的471行可以修改Logo显示的位置，例如，显示在屏幕中间：

　　　　image.dx = (info->var.xres - logo->width)/2;
　　　　image.dy = (info->var.yres - logo->height)/2;

　（2）如果图片显示不出来可能有以下原因

　　　　a、内核里framebuffer的分辨率不对，可以在mach-x210.c的225行修改（1024 * 600）；

　　　　b、只能在左上角显示，CONFIG_FRAMEBUFFER_CONSOLE宏可能被选中（该宏不需要勾选，可以现在.config里面查看，确定后，make menuconfig 去除）