【Linux】Framebuffer 应用
# 前置知识
LCD 操作原理
- 在 Linux 系统中通过 Framebuffer 驱动程序来控制 LCD。 Frame 是帧的意思， buffer 是缓冲的意思，这意味着 Framebuffer 就是一块内存，里面保存着一帧图像。 Framebuffer 中保存着一帧图像的每一个像素颜色值，假设 LCD 的分辨率是 1024x768，每一个像素的颜色用 32 位来表示，那么 Framebuffer 的大小就是： 1024x768x32/8=3145728 字节。
- 假设需要设置 LCD 中坐标(x,y)处像素的颜色，首要要找到这个像素对应的内存，然后根据它的 BPP(像素深度 bits per pixel) 值设置颜色。假设 fb_base 是 APP 执行 mmap 后得到的 Framebuffer 地址，可以用以下公式算出(x,y)坐标处像素对应的 Framebuffer 地址：
(x， y)像素起始地址=fb_base+(xres*bpp/8)*y + x*bpp/8
- 对于 32BPP，一般只设置其中的低 24 位，高 8 位表示透明度，一般的 LCD都不支持。
对于 24BPP，硬件上为了方便处理，在 Framebuffer 中也是用 32 位来表示，效果跟 32BPP 是一样的。
对于 16BPP，常用的是 RGB565；
API 函数
- ioctl 函数
ioctl 是设备驱动程序中设备控制接口函数，一个字符设备驱动通常会实现设备打开、关闭、读、写等功能，在一些需要细分的情境下，如果需要扩展新的功能，通常以增设 ioctl() 命令的方式实现。
int ioctl(int fd, unsigned long request, ...);
函数参数：
| 参数 | 描述 |
|---|---|
| fd | 文件描述符 |
| cmd | 交互协议，设备驱动将根据 cmd 执行对应操作 |
| … | 可变参数 arg，依赖 cmd 指定长度以及类型 |
返回值：
EBADF d is not a valid descriptor.
EFAULT argp references an inaccessible memory area.
EINVAL Request or argp is not valid.
ENOTTY d is not associated with a character special device.
ENOTTY The specified request does not apply to the kind of object that the descriptor d references.
- mmap函数
void *mmap(void *addr, size_t length, int prot, int flags,int fd, off_t offset);函数参数：
返回值：
- 返回值类型：
int - 若成功映射，将返回指向映射的区域的指针，失败将返回-1
# 结构体详解
struct fb_fix_screeninfo主要用于获取FrameBuffer的固定信息，这些信息无法在应用层被更改，只能通过ioctl函数使用FBIOGET_FSCREENINFO去获取。
struct fb_fix_screeninfo定义
struct fb_fix_screeninfo {char id[16]; /* identification string eg "TT Builtin" */unsigned long smem_start; /* Start of frame buffer mem (physical address) */__u32 smem_len; /* Length of frame buffer mem */__u32 type; /* see FB_TYPE_* */__u32 type_aux; /* Interleave for interleaved Planes */__u32 visual; /* see FB_VISUAL_* */ __u16 xpanstep; /* zero if no hardware panning */__u16 ypanstep; /* zero if no hardware panning */__u16 ywrapstep; /* zero if no hardware ywrap */__u32 line_length; /* length of a line in bytes */unsigned long mmio_start;/* Start of Memory Mapped I/O (physical address) */__u32 mmio_len; /* Length of Memory Mapped I/O */__u32 accel; /* Indicate to driver which*//*specific chip/card we have */__u16 capabilities; /* see FB_CAP_* */__u16 reserved[2]; /* Reserved for future compatibility */
};
struct fb_fix_screeninfo字段说明
表格中提到的宏如FB_TYPE_PACKED_PIXELS、FB_VISUAL_TRUECOLOR、FB_ACCEL_NONE请查看 /usr/include/linux/fb.h 的相关定义。
| 字段名称 | 描述 | 附加说明 |
|---|---|---|
| id | 设备驱动名称 | |
| smem_start | 显存起始物理地址 | |
| smem_len | 显存大小 | |
| type | 显卡类型 | 一般为 FB_TYPE_PACKED_PIXELS(值为0,表示像素值紧密排 列)，查看fb.h的 FB_TYPE_* |
| type_aux | 附加类型 | 查看fb.h的 FB_AUX_TEXT_MDA |
| visual | 色彩模式 | 一般为 FB_VISUAL_TRUECOLOR(值为2,真彩色) |
| xpanstep | 支持水平方向上的 PAN 显示： 0：不支持 非 0：支持，此时该值用于表示在水平方向上每步进的像素值 | 默认为 1 |
| ypanstep | 支持垂直方向上的 PAN 显示： 0：不支持。 非 0：支持，此时该值用于表示在垂直方向上每步进的像素值。 | 默认为 1 |
| ywrapstep | 该方式类似于 ypanstep，不同之处在于：当其显示到底部时，能回到显存的开始处进行显示。 | 默认为 0 |
| line_length | 每行字节数 | |
| mmio_start | 显存映射 I/O 首地址 | 默认为不支持 |
| mmio_len | 显存映射 I/O 长度 | 默认为不支持 |
| accel | 显示所支持的硬件加速设备 | 默认为 FB_ACCEL_NONE |
struct fb_var_screeninfo定义
struct fb_var_screeninfo {__u32 xres; /* visible resolution */__u32 yres;__u32 xres_virtual; /* virtual resolution */__u32 yres_virtual;__u32 xoffset; /* offset from virtual to visible */__u32 yoffset; /* resolution */__u32 bits_per_pixel; /* guess what */__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 */__u32 width; /* width of picture in 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) */__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 reserved[5]; /* Reserved for future compatibility */
};
struct fb_var_screeninfo字段说明
表格中提到的宏和结构体请查看 /usr/include/linux/fb.h 的相关定义。
获取 fb_fix_screeninfo和fb_var_screeninfo信息
#include <sys/mman.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <unistd.h>
#include <linux/fb.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <sys/ioctl.h>/* fb_var_screeninfo info */
static int fd_fb;
static struct fb_var_screeninfo var;
static int screen_size;
static unsigned char *fb_base;
static unsigned int line_width;
static unsigned int pixel_width;/* fb_fix_screeninfo info */
static struct fb_var_screeninfo finfo;int main(int argc, char **argv)
{int i;fd_fb = open("/dev/fb0", O_RDWR);if (fd_fb < 0){printf("can't open /dev/fb0\n");return -1;}if (ioctl(fd_fb, FBIOGET_VSCREENINFO, &var)){printf("can't get var\n");return -1;}if (ioctl(fd_fb, FBIOGET_FSCREENINFO, &finfo) < 0){fprintf(stderr, "ioctl FBIOGET_FSCREENINFO err \r\n");return -1;}line_width = var.xres * var.bits_per_pixel / 8;pixel_width = var.bits_per_pixel / 8;screen_size = var.xres * var.yres * var.bits_per_pixel / 8;/* 映射 Framebuffer */fb_base = (unsigned char *)mmap(NULL , screen_size, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd_fb, 0);if (fb_base == (unsigned char *)-1){printf("can't mmap\n");return -1;}munmap(fb_base , screen_size);close(fd_fb);return 0;
}