FrameBuffer架构

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  Linux内核中，FrameBuferr设备驱动的源码主要分布在linux/include/fb.h和linux/drivers/video/fbmem.c，它们处于FrameBuffer驱动体系结构中的中间层，它为上层的用户程序提供系统调用接口，也为底层特定硬件驱动提供了接口。

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1 FrameBuffer驱动程序的实现

  从应用程序角度看，其通过内核对FrameBuffer的控制主要通过以下三种方式：
  (1) 读写/dev/fb相当于读/写屏幕缓冲区，对应驱动中的write和read操作。
  (2) 通过映射操作，可将屏幕缓冲区的物理地址映射到用户空间的一段虚拟地址中，之后用户可以通过读写这段虚拟地址访问屏幕缓冲区，在屏幕上绘图。
  (3) I/O控制对于帧缓冲设备，设备文件的icctl()函数可读取/设置显示设备及屏幕的参数，如分辨率、显示颜 {MOD}数、屏幕大小等。ioctl()函数是由底层的驱动程序完成的。
  因此，驱动设计者完成FrameBuffer驱动的工作已经不多了，只需要分配显存的大小、初始化LCD控制器、设置修改硬件设备相应的struct fb_fix_screeninfo信息和struct fb_var_screaninfo信息。这些信息是与具体的显示设备相关的。
  帧缓冲设备属于字符设备，采用“文件层-驱动层”的接口方式。在文件层次上，Linux为其定义了fb_fops结构体。

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2 FrameBuffer对应的数据结构体

  FrameBuffer驱动程序有几个重要的数据结构，分别为：fb_info、fb_ops、fb_cmap、fb_var_screeninfo和fb_fix_screeninfo，这些结构体之间的关系图如下图所示：
  下面对这些数据结构进行详细的介绍。

2.1 fb_info结构体

  fb_info是帧缓冲FrameBuffer设备驱动中一个非常重要的结构体。它包含了驱动实现的底层函数和记录设备状态的数据。一个帧缓冲区对应一个fb_info结构体。这个结构体定义如下: struct fb_info { int node; int flags; struct mutex lock; /* 为open/release/ioctl接口提供互斥锁 */ struct mutex mm_lock; /* 为fb_mmap and smem_* fields提供互斥锁 */ struct fb_var_screeninfo var; /* Current var */ struct fb_fix_screeninfo fix; /* Current fix */ struct fb_monspecs monspecs; /* Current Monitor specs */ struct work_struct queue; /* Framebuffer event queue */ struct fb_pixmap pixmap; /* Image hardware mapper */ struct fb_pixmap sprite; /* Cursor hardware mapper */ struct fb_cmap cmap; /* Current cmap */ struct list_head modelist; /* mode list */ struct fb_videomode *mode; /* current mode */ // 如果配置了LCD支持背光 #ifdef CONFIG_FB_BACKLIGHT /* assigned backlight device */ /* set before framebuffer registration, remove after unregister */ struct backlight_device *bl_dev; /* Backlight level curve */ struct mutex bl_curve_mutex; u8 bl_curve[FB_BACKLIGHT_LEVELS]; #endif #ifdef CONFIG_FB_DEFERRED_IO struct delayed_work deferred_work; struct fb_deferred_io *fbdefio; #endif struct fb_ops *fbops; struct device *device; /* This is the parent */ struct device *dev; /* This is this fb device */ int class_flag; /* private sysfs flags */ #ifdef CONFIG_FB_TILEBLITTING struct fb_tile_ops *tileops; /* Tile Blitting */ #endif char __iomem *screen_base; /* Virtual address */ unsigned long screen_size; /* Amount of ioremapped VRAM or 0 */ void *pseudo_palette; /* Fake palette of 16 colors */ #define FBINFO_STATE_RUNNING 0 #define FBINFO_STATE_SUSPENDED 1 u32 state; /* Hardware state i.e suspend */ void *fbcon_par; /* fbcon use-only private area */ /* From here on everything is device dependent */ void *par; /* we need the PCI or similiar aperture base/size not smem_start/size as smem_start may just be an object allocated inside the aperture so may not actually overlap */ resource_size_t aperture_base; resource_size_t aperture_size; };   fb_info结构体中记录了关于帧缓存的全部信息，这些信息包括帧缓冲的设置参数、状态及操作函数集合。

2.2 fb_ops结构体

  fb_ops结构体用来实现帧缓冲设备的操作。用户可以使用write()、read()、ioctl()函数操作设备。fb_ops结构体的定义如下： struct fb_ops { /* open/release and usage marking */ struct module *owner; int (*fb_open)(struct fb_info *info, int user); int (*fb_release)(struct fb_info *info, int user); /* For framebuffers with strange non linear layouts or that do not * work with normal memory mapped access */ ssize_t (*fb_read)(struct fb_info *info, char __user *buf, size_t count, loff_t *ppos); ssize_t (*fb_write)(struct fb_info *info, const char __user *buf, size_t count, loff_t *ppos); /* checks var and eventually tweaks it to something supported, * DO NOT MODIFY PAR */ int (*fb_check_var)(struct fb_var_screeninfo *var, struct fb_info *info); /* set the video mode according to info->var */ int (*fb_set_par)(struct fb_info *info); /* set color register */ int (*fb_setcolreg)(unsigned regno, unsigned red, unsigned green, unsigned blue, unsigned transp, struct fb_info *info); /* set color registers in batch */ int (*fb_setcmap)(struct fb_cmap *cmap, struct fb_info *info); /* blank display */ int (*fb_blank)(int blank, struct fb_info *info); /* pan display */ int (*fb_pan_display)(struct fb_var_screeninfo *var, struct fb_info *info); /* Draws a rectangle */ void (*fb_fillrect) (struct fb_info *info, const struct fb_fillrect *rect); /* Copy data from area to another */ void (*fb_copyarea) (struct fb_info *info, const struct fb_copyarea *region); /* Draws a image to the display */ void (*fb_imageblit) (struct fb_info *info, const struct fb_image *image); /* Draws cursor */ int (*fb_cursor) (struct fb_info *info, struct fb_cursor *cursor); /* Rotates the display */ void (*fb_rotate)(struct fb_info *info, int angle); /* wait for blit idle, optional */ int (*fb_sync)(struct fb_info *info); /* perform fb specific ioctl (optional) */ int (*fb_ioctl)(struct fb_info *info, unsigned int cmd, unsigned long arg); /* Handle 32bit compat ioctl (optional) */ int (*fb_compat_ioctl)(struct fb_info *info, unsigned cmd, unsigned long arg); /* perform fb specific mmap */ int (*fb_mmap)(struct fb_info *info, struct vm_area_struct *vma); /* get capability given var */ void (*fb_get_caps)(struct fb_info *info, struct fb_blit_caps *caps, struct fb_var_screeninfo *var); /* teardown any resources to do with this framebuffer */ void (*fb_destroy)(struct fb_info *info); };

2.3 fb_cmap结构体

  fb_cmap结构体记录了一个颜 {MOD}板信息，也可以叫调 {MOD}板信息。用户空间程序可以使用ioctl()函数的FBIOGETCMAP和FBIOPITCMAP命令读取和设置颜 {MOD}表的值。fb_cmap结构体的定义如下： struct fb_cmap { __u32 start; /* First entry */ __u32 len; /* Number of entries */ __u16 *red; /* Red values */ __u16 *green; __u16 *blue; __u16 *transp; /* transparency, can be NULL */ };   下面对这个结构体的各个成员进行简要的解释。

• start：表示颜 {MOD}版的第一个元素入口位置。
• len：表示元素的个数。
• red：表示红 {MOD}分量的值。
• green：表示绿 {MOD}分量的值。
• blue：表示蓝 {MOD}分量的值。
• transp：表示透明度分量的值。
    结构体对应的存储结构体如下图所示：
  

2.4 fb_var_screeninfo结构体

  fb_var_screeninfo结构体中存储了用户可以修改的显示控制器参数，例如屏幕分辨率、每个元素的比特数、透明度等。fb_var_screeninfo结构体的定义如下： 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; /* (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 */ };   fb_fix_screeninfo结构体中，记录了用户不能修改的固定显示控制器参数。这些固定参数如缓冲区的物理地址、缓冲区的长度、显示 {MOD}彩模式、内存映射的开始位置等。这个结构体的成员都需要在驱动程序初始化时设置，该结构体的定义代码如下： 这里写代码片 ```c++ 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 reserved[3]; /* Reserved for future compatibility */   需要注意的是，visual表示屏幕使用的 {MOD}彩模式，在Linux下，支持多种 {MOD}彩模式。line_length表示显存中一行占用的内存字节数，具体占用多少字节由显存模式来决定。reserved[3]保留了6个字节为以后扩充使用。

3 LCD驱动程序分析

  LCD驱动程序以平台设备的方式实现，其中涉及关于LCD控制器的一些重要概念，下面对LCD驱动程序的主要函数进行详细的分析。

3.1 LCD模块的加载和卸载函数

  LCD设备驱动可以作为一个单独的模块加入内核，在模块的加载和卸载中需要注册和注销一个平台驱动结构体platform_driver。