Linux下Framebuffer驱动简介
Version: V0.1
Time:09/06/2008
Author：[email protected]
最近接触了一些关于Linux下framebuffer方面的东西和LCD的framebuffer驱动，所以去了解了一些相关基础知识。为了避免其他人走我走过的弯路，所以就把我的一些很少的心得，和大家分享一下，希望对有些人有帮助。
【什么是FrameBuffer】
FrameBuffer直译就是，帧缓冲。
Frame帧：你所看到的屏幕的图像，或者在一个窗口中的图像，就叫一帧。
Buffer缓冲：一段RAM，用来暂存图像数据，这些数据会被直接写入到显示设备。
帧缓冲就相当于介于 图形操作 和 图像输出中间的一个中间人。将程序对图形数据的处理操作，反馈到显示输出上。
显卡（显存中的数据） <-> 帧缓冲（程序对其中的数据进行处理） <-> 显示器（输出图像）
帧缓冲可用于，实现原先视频卡并不支持的分辨率。
显卡可能并不支持你当前某个更大分辨率的显示器，但是可以通过帧缓冲获取显卡的显存中的数据，处理之后，实现更大的分辨率的图像，然后将数据直接输出到显示器上。
【双显示器例子】
一个例子，可能就是双显示，最近刚刚看到实际某开发者的系统，就是两个显示器，鼠标移动超过单个显示器，到最右边的时候，就跑到另一个显示器了。对于常常用多系统或者需要打开很多东西的开发人员，这个功能很实用。
帧缓冲可以用于 页面交换page flipping（也常叫做 双缓冲double buffering），许多游戏都是采用此技术，以实现更流畅的视频输出，以便用户获得更好的游戏体验。此技术也被用于3D图形加速。
【双缓冲的主要实现原理】
假如你的显示器是VGA模式，640×400，也就是虚拟的分辨率是640X800，也就是800线（每一行的数据，称为一条线，也就是640X1的数据了）。800线的数据存储于Framebuffer，而实际的显示内容，只是400线，Linux内核中的Framebuffer模型中，对应有个变量yoffset，就是表示的这个具体的纵坐标，默认是0，所以显示的内容就是，0－399线，由于和实际显示 页面大小等同，所以此处可以简称为第一帧。如果yoffset改变了，比如此例中变为400，那就是显示剩余的部分，400－799线。此处简称为第二帧。
在系统显示第一帧的时候，系统在后台悄悄地准备第二帧的数据，所以，等第一帧显示完成，多数时候，第二帧的数据也准备好了，就可以直接显示，同时系统又在准备接下来的一帧的数据，这样就可以大大提高显示效率。
【平滑地滚动页面的实现原理】
同上，在显示完第一帧数据的时候，也就是0－399线的时候，将yoffset设置为1，就可以显示1－400线的数据了，显示完成后，再设置yoffset为2，就显示2－401线的数据，这样，就可以一点点地，平滑地显示整个滚动画面了。其实也就是画面在垂直方向的滚动。其中yoffset的增加，可以使用定时器，各个一段时间，比如10us，增加1，系统自动会更新显示对应的内容，这样我们所看到的内容就是滚动的画面了。
此外，Linux中的Framebuffer模型中，提供了一些ioctl功能，给定一些参数，然后系统可以实现对应的功能，其中有个参数就是FBIOPAN_DISPLAY。具体也就是类似如下调用：
ioctl (framebuffer_handler, FBIOPAN_DISPLAY, &variable_info);
而这个调用，如果显示不支持framebuffer的双缓冲的话，那么其framebuffer的缓冲大小，就是和物理上的显示器大小等同，那么对应的yoffset也就不会像双缓冲那样变化了。
也就是说，如果显卡/显示屏控制器不支持双缓冲，那么yoffset就应该一直为0，并且在运行时候，也不应该改变，也不应该去给FBIOPAN_DISPLAY的参数调用ioctl。
小tip：
【测试显示屏是否正常工作】
在加载了显示屏驱动后，不知道是否已经工作正常的话，
可以通过在某个文件夹下有稍微多些文件的地方，去ls，以便显示有出来东西，
然后通过
ls > /dev/fb0
将当前文件夹列表出来的一些数据，送到framebuffer的默认设备/dev/fb0，如果显示屏驱动已经正常加载，显示屏可以正常工作的话，那么你会在显示屏左上角看到一些乱码花屏一类的东西，这就是你刚刚ls送过去的数据。
发现其他教程上的命令，效果更好：
cat screenshot >/dev/fb0
即将当前截屏内容送给LCD显示。
【LCD液晶显示器的坐标轴】
左上角为(0,0)，水平向左是X轴正向，垂直向下，是Y轴正向。即：
(0,0) X→
Y
↓
【写驱动前预先要了解的知识】
1. 软件方面：
要搞懂Linux的Framebuffer驱动的框架。
其中就包括熟悉Linux下，为了framebuffer专门实现的数据结构，尤其是
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; /* Type of acceleration available */
__u16 reserved[3]; /* Reserved for future compatibility */
};
和
/* more kernel header files copied shamelessly */
struct fb_bitfield {
__u32 offset; /* beginning of bitfield */
__u32 length; /* length of bitfield */
__u32 msb_right; /* != 0 : Most significant bit is */
/* right */
};
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 Graylevels instead of colors */
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; /* acceleration flags (hints) */
/* 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 reserved[6]; /* Reserved for future compatibility */
};
此处简单描述一下，fb_fix_screeninfo对应的是物理设备的相关属性，包括映射后的显存的起始地址，长度，类型等。
fb_var_screeninfo包含了很多具体驱动运行时候的，framebuffer，即显示内容的具体属性，
包括实际的显示器上可见的分辨率大小，xres和yres，
Framebuffer的分辨率大小xres_virtual和 yres_virtual，如果是上面提到的双缓冲，那么这个分辨率就是可以显示的分辨率的两倍了。
xoffset 和yoffset就是上面提到的，如果是双缓冲，对应不同的应用，就会在运行时刻，改变对应的xoffset 或yoffset，以实现不同的显示效果。
其他一些成员，具体看注释就知道了。
关于Framebuffer的使用，详情请参考第二个链接，里面已经说得很好很详细了，我就没必要再一一翻译了。
2. 硬件方面
了解自己的开发板上的LCD显示屏的大小，具体支持的哪些特性，比如是否支持双缓冲等。
把这些相关信息，在驱动编写的时候，进行对应的赋值。
【如何写framebuffer的LCD驱动】
主要是实现Linux的Framebuffer框架下的，一些函数，
最基本的一些就是，
以Linux内核中的S3c2410举例，
在s3c2410fb.c中，有个对应的结构体：
static struct fb_ops s3c2410fb_ops = {
.owner = THIS_MODULE,
.fb_check_var = s3c2410fb_check_var,
.fb_set_par = s3c2410fb_set_par,
.fb_blank = s3c2410fb_blank,
.fb_setcolreg = s3c2410fb_setcolreg,
.fb_fillrect = cfb_fillrect,
.fb_copyarea = cfb_copyarea,
.fb_imageblit = cfb_imageblit,
};
可以看到，这里，将自己实现的那些对framebuffer的操作函数，包括设置LCD的参数，剪切，拷贝，清空等，赋值给那个结构体变量，这样上层framebuffer框架中的函数调用的时候，就会调用你自己实现的那些函数了。
有些函数，如fb_pan_display等，如果你没有实现，那么系统就会调用上层框架中默认实现的函数来去做对应的操作。
上层的默认的函数实现在 drivers/video/fbmem.c中。
相关具体的细节，感兴趣的自己去看吧。
关于fb驱动中的probe函数，在insmod对应驱动后执行，主要就是一些初始化，其中就包括了上面提到的几个全局变量，结构体的初始化，比如此例中的s3c2410fb_probe（）中：
fbinfo->fix.type = FB_TYPE_PACKED_PIXELS;
fbinfo->fix.type_aux = 0;
fbinfo->fix.xpanstep = 0;
fbinfo->fix.ypanstep = 0;
fbinfo->fix.ywrapstep = 0;
fbinfo->fix.accel = FB_ACCEL_NONE;
fbinfo->var.nonstd = 0;
fbinfo->var.activate = FB_ACTIVATE_NOW;
fbinfo->var.accel_flags = 0;
fbinfo->var.vmode = FB_VMODE_NONINTERLACED;
设置了fb和var的各自属性，是FB_ACTIVATE_NOW 立即激活类型，
FB_VMODE_NONINTERLACED非交互模式（不支持双缓冲？）
等等。
本人目前了解到的就是这么多，欢迎其他高手指出不妥之处和互相交流。
【参考资料】
【2】Console programming HOWTO – 7. framebuffer
【3】Linux Framebuffer Driver Writing HOWTO
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