写自己的frame buffer device driver

准备开始写我们自己的驱动之前，请详细阅读如下文件：

/Documentation/fb目录  vesafb.txt，matroxfb.txt，sa1100fb.txt
/drivers/video目录          fbmem.c，fbgen.c，fbmon.c，fbcmap.c
                                      skeletonfb.c
                                      vesafb.c，sa1100fb.c，sa1100fb.h
include/linux目录            fb.h

最值得关注的是skeletonfb.c，该文件给出了一个fb device 驱动的框架

准备好了，就开始写自己的fram buffer device driver：）

还是要补充点，下面是/linux/fb.h的部分注释，加粗的是常用的，红色是关键的，一般不可少。旁边没有汉字，要么很简单没必要加注，要么就用不到！

注释：[email protected]

#ifndef _LINUX_FB_H

#define _LINUX_FB_H

 

#include 

#include 

 

/* Definitions of frame buffers                     */

#define FB_MAJOR        29  /*主设备号*/

#define FB_MAX          32  /* sufficient for now */

 

/* ioctls

   0x46 is 'F'                              */

#define FBIOGET_VSCREENINFO 0x4600

#define FBIOPUT_VSCREENINFO 0x4601

#define FBIOGET_FSCREENINFO 0x4602

#define FBIOGETCMAP     0x4604

#define FBIOPUTCMAP     0x4605

#define FBIOPAN_DISPLAY     0x4606

/* 0x4607-0x460B are defined below */

/* #define FBIOGET_MONITORSPEC  0x460C */

/* #define FBIOPUT_MONITORSPEC  0x460D */

/* #define FBIOSWITCH_MONIBIT   0x460E */

#define FBIOGET_CON2FBMAP   0x460F

#define FBIOPUT_CON2FBMAP   0x4610

#define FBIOBLANK       0x4611      /* arg: 0 or vesa level + 1 */

#define FBIOGET_VBLANK      _IOR('F', 0x12, struct fb_vblank)

#define FBIO_ALLOC              0x4613

#define FBIO_FREE               0x4614

#define FBIOGET_GLYPH           0x4615

#define FBIOGET_HWCINFO         0x4616

#define FBIOPUT_MODEINFO        0x4617

#define FBIOGET_DISPINFO        0x4618

 

 

#define FB_TYPE_PACKED_PIXELS       0   /* Packed Pixels    */

#define FB_TYPE_PLANES          1   /* Non interleaved planes */

#define FB_TYPE_INTERLEAVED_PLANES  2   /* Interleaved planes   */

#define FB_TYPE_TEXT            3   /* Text/attributes  */

#define FB_TYPE_VGA_PLANES      4   /* EGA/VGA planes   */

 

#define FB_AUX_TEXT_MDA     0   /* Monochrome text */

#define FB_AUX_TEXT_CGA     1   /* CGA/EGA/VGA Color text */

#define FB_AUX_TEXT_S3_MMIO 2   /* S3 MMIO fasttext */

#define FB_AUX_TEXT_MGA_STEP16  3   /* MGA Millenium I: text, attr, 14 reserved bytes */

#define FB_AUX_TEXT_MGA_STEP8   4   /* other MGAs:      text, attr,  6 reserved bytes */

 

#define FB_AUX_VGA_PLANES_VGA4      0   /* 16 color planes (EGA/VGA) */

#define FB_AUX_VGA_PLANES_CFB4      1   /* CFB4 in planes (VGA) */

#define FB_AUX_VGA_PLANES_CFB8      2   /* CFB8 in planes (VGA) */

 

#define FB_VISUAL_MONO01        0   /* Monochr. 1=Black 0=White */

#define FB_VISUAL_MONO10        1   /* Monochr. 1=White 0=Black */

#define FB_VISUAL_TRUECOLOR     2   /* True color   */

#define FB_VISUAL_PSEUDOCOLOR       3   /* Pseudo color (like atari) */

#define FB_VISUAL_DIRECTCOLOR       4   /* Direct color */

#define FB_VISUAL_STATIC_PSEUDOCOLOR    5   /* Pseudo color readonly */

 

 

#define FB_ACCEL_NONE       0   /* no hardware accelerator  */

#define FB_ACCEL_ATARIBLITT 1   /* Atari Blitter        */

#define FB_ACCEL_AMIGABLITT 2   /* Amiga Blitter                */

#define FB_ACCEL_S3_TRIO64  3   /* Cybervision64 (S3 Trio64)    */

#define FB_ACCEL_NCR_77C32BLT   4   /* RetinaZ3 (NCR 77C32BLT)      */

#define FB_ACCEL_S3_VIRGE   5   /* Cybervision64/3D (S3 ViRGE)  */

#define FB_ACCEL_ATI_MACH64GX   6   /* ATI Mach 64GX family     */

#define FB_ACCEL_DEC_TGA    7   /* DEC 21030 TGA        */

#define FB_ACCEL_ATI_MACH64CT   8   /* ATI Mach 64CT family     */

#define FB_ACCEL_ATI_MACH64VT   9   /* ATI Mach 64CT family VT class */

#define FB_ACCEL_ATI_MACH64GT   10  /* ATI Mach 64CT family GT class */

#define FB_ACCEL_SUN_CREATOR    11  /* Sun Creator/Creator3D    */

#define FB_ACCEL_SUN_CGSIX  12  /* Sun cg6          */

#define FB_ACCEL_SUN_LEO    13  /* Sun leo/zx           */

#define FB_ACCEL_IMS_TWINTURBO  14  /* IMS Twin Turbo       */

#define FB_ACCEL_3DLABS_PERMEDIA2 15    /* 3Dlabs Permedia 2        */

#define FB_ACCEL_MATROX_MGA2064W 16 /* Matrox MGA2064W (Millenium)  */

#define FB_ACCEL_MATROX_MGA1064SG 17    /* Matrox MGA1064SG (Mystique)  */

#define FB_ACCEL_MATROX_MGA2164W 18 /* Matrox MGA2164W (Millenium II) */

#define FB_ACCEL_MATROX_MGA2164W_AGP 19 /* Matrox MGA2164W (Millenium II) */

#define FB_ACCEL_MATROX_MGAG100 20  /* Matrox G100 (Productiva G100) */

#define FB_ACCEL_MATROX_MGAG200 21  /* Matrox G200 (Myst, Mill, ...) */

#define FB_ACCEL_SUN_CG14   22  /* Sun cgfourteen       */

#define FB_ACCEL_SUN_BWTWO  23  /* Sun bwtwo            */

#define FB_ACCEL_SUN_CGTHREE    24  /* Sun cgthree          */

#define FB_ACCEL_SUN_TCX    25  /* Sun tcx          */

#define FB_ACCEL_MATROX_MGAG400 26  /* Matrox G400          */

#define FB_ACCEL_NV3        27  /* nVidia RIVA 128              */

#define FB_ACCEL_NV4        28  /* nVidia RIVA TNT      */

#define FB_ACCEL_NV5        29  /* nVidia RIVA TNT2     */

#define FB_ACCEL_CT_6555x   30  /* C&T 6555x            */

#define FB_ACCEL_3DFX_BANSHEE   31  /* 3Dfx Banshee         */

#define FB_ACCEL_ATI_RAGE128    32  /* ATI Rage128 family       */

#define FB_ACCEL_IGS_CYBER2000  33  /* CyberPro 2000        */

#define FB_ACCEL_IGS_CYBER2010  34  /* CyberPro 2010        */

#define FB_ACCEL_IGS_CYBER5000  35  /* CyberPro 5000        */

#define FB_ACCEL_SIS_GLAMOUR    36  /* SiS 300/630/540              */

#define FB_ACCEL_3DLABS_PERMEDIA3 37    /* 3Dlabs Permedia 3        */

/*上面的宏定义不用关心*/

 

/*不可修改的屏幕信息，用户空间可见*/

struct fb_fix_screeninfo {

    char id[16];         /* identification string eg "TT Builtin" */

    unsigned long smem_start;   /* Start of frame buffer mem 显存的起始地址*/

                  /* (physical address) */

    __u32 smem_len;          /* Length of frame buffer mem 显存的大小 */

    __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  每行的字节数  */

    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 */

};

 

/* Interpretation of offset for color fields: All offsets are from the right,

 * inside a "pixel" value, which is exactly 'bits_per_pixel' wide (means: you

 * can use the offset as right argument to <<). A pixel afterwards is a bit

 * stream and is written to video memory as that unmodified. This implies

 * big-endian byte order if bits_per_pixel is greater than 8.

 */

 /*像素所占字节内，各个颜色的位分配比如RGB=888,565,555等等，*/

struct fb_bitfield {

    __u32 offset;        /* beginning of bitfield */

    __u32 length;        /* length of bitfield       */

    __u32 msb_right;     /* != 0 : Most significant bit is */ 

                  /* right */ 

};

 

/*下面的宏也不常用*/

#define FB_NONSTD_HAM       1   /* Hold-And-Modify (HAM)        */

 

#define FB_ACTIVATE_NOW     0   /* set values immediately (or vbl)*/

#define FB_ACTIVATE_NXTOPEN 1   /* activate on next open    */

#define FB_ACTIVATE_TEST    2   /* don't set, round up impossible */

#define FB_ACTIVATE_MASK       15

                    /* values           */

#define FB_ACTIVATE_VBL        16   /* activate values on next vbl  */

#define FB_CHANGE_CMAP_VBL     32   /* change colormap on vbl   */

#define FB_ACTIVATE_ALL        64   /* change all VCs on this fb    */

 

#define FB_ACCELF_TEXT      1   /* text mode acceleration */

 

#define FB_SYNC_HOR_HIGH_ACT    1   /* horizontal sync high active  */

#define FB_SYNC_VERT_HIGH_ACT   2   /* vertical sync high active    */

#define FB_SYNC_EXT     4   /* external sync        */

#define FB_SYNC_COMP_HIGH_ACT   8   /* composite sync high active   */

#define FB_SYNC_BROADCAST   16  /* broadcast video timings 

Framebuffer驱动程序模型

 

  下图会向你展示目前的framebuffer设备驱动的结构，最常用的是非标准驱动。很明显他所处的层次最高，程序编写是最容易的。

理解了这个图的，你已经很轻松的去完成一个fb驱动，比如给sa1100,s2410,s2440系列的ARM的LCD控制器写驱动。

Color Map 剖析

在framebuffer驱动程序设计中，cmap这个东东太晕了。现在我要把他赤裸裸的剖析给大家：）

1． struct fb_cmap

/*颜色映射表*/

struct fb_cmap {

       __u32 start;                  /* First entry   */

       __u32 len;                    /* Number of entries */

       __u16 *red;                  /* 红色   */

       __u16 *green;               /*绿色*/

       __u16 *blue;                 /*蓝色*/

       __u16 *transp;                     /* 透明度,允许 NULL */

};

该结构在fb.h文件中定义，在struct fb_ops结构中有两个成员函数与其相关：

    /*获取颜色表*/

    int (*fb_get_cmap)(struct fb_cmap *cmap, int kspc, int con, struct fb_info *info);

    /*设定颜色表*/

    int (*fb_set_cmap)(struct fb_cmap *cmap, int kspc, int con, struct fb_info *info);

 

在struct fb_info结构中有变量：

  struct fb_cmap cmap;                 /* Current cmap */

 

在fpgen基础操作下提供：

extern int fbgen_get_cmap(struct fb_cmap *cmap, int kspc, int con, struct fb_info *info);

extern int fbgen_set_cmap(struct fb_cmap *cmap, int kspc, int con, struct fb_info *info);

 

 

 

在文件/* drivers/video/fbcmap.c */中提供更多的cmap应用

extern int fb_alloc_cmap(struct fb_cmap *cmap, int len, int transp);

extern void fb_copy_cmap(struct fb_cmap *from, struct fb_cmap *to, int fsfromto);

extern int fb_get_cmap(struct fb_cmap *cmap, int kspc,

int (*getcolreg)(u_int, u_int *, u_int *, u_int *,u_int *, struct fb_info *),

                                struct fb_info *fb_info);

extern int fb_set_cmap(struct fb_cmap *cmap, int kspc,

                              int (*setcolreg)(u_int, u_int, u_int, u_int, u_int,struct fb_info *),

                              struct fb_info *fb_info);

extern struct fb_cmap *fb_default_cmap(int len);

extern void fb_invert_cmaps(void);

2． 通过文件解析

在anakinfb.c文件中，cmap如图

在stifb.c

本文介绍的设备是位于/video目录下面的anakinfb.c驱动程序。虽然我不清楚那个设备的特性，但是从对程序的分析中我们仍然知道如何编写一个frame buffer设备驱动。

    本文是个标准的fb驱动。共221行，包含函数如下：

 

1.         static int  anakinfb_getcolreg(u_int regno, u_int *red, u_int *green, u_int *blue, u_int *transp, struct fb_info *info) 31行

2.         static int anakinfb_setcolreg(u_int regno, u_int red, u_int green, u_int blue,u_int transp, struct fb_info *info) 45行

3.         static int anakinfb_get_fix(struct fb_fix_screeninfo *fix, int con, struct fb_info *info) 57行

4.         static int anakinfb_get_var(struct fb_var_screeninfo *var, int con, struct fb_info *info) 75行

5.         static int anakinfb_set_var(struct fb_var_screeninfo *var, int con, struct fb_info *info) 111行

6.         static int anakinfb_get_cmap(struct fb_cmap *cmap, int kspc, int con,     struct fb_info *info) 117行

7.         static int anakinfb_set_cmap(struct fb_cmap *cmap, int kspc, int con,     struct fb_info *info) 130行

8.         static int anakinfb_switch_con(int con, struct fb_info *info) 147行

9.         static int anakinfb_updatevar(int con, struct fb_info *info) 155行

10.     static void anakinfb_blank(int blank, struct fb_info *info) 161行

11.     int __init anakinfb_init(void) 178行

函数1，2是寄存器操作用。

函数3，4，5，6，7是fb_ops函数

函数8用于切换控制台

函数9用于更新变量

函数10用于闪烁屏幕

函数11用于初始化设备

    很奇怪，对fb设备的读写函数怎么没有！值得说明的是open,release,read,write,ioctl,mmap等函数的实现是由fbmem.c文件实现了。也就是说所有的fb设备在给定了fb_info后，所有的操作都是一样的。在明确的fb_info前提下，fbmem.c中的函数可以工作的很好。这样大家应该感到非常轻松了吧，只要完成上述的几个设备相关的函数，frame buffer设备的驱动就写完了：）

 

系统的结构如图：

 

Stifb驱动模型

linux/drivers/video/stifb.c - Generic frame buffer driver for HP * workstations with STI (standard text interface) video firmware.

这个驱动程序和前面的anakin设备完全不同，因为他不是采用标准的格式，而是根据based on skeletonfb, which wasCreated 28 Dec 1997 by Geert Uytterhoeven也就是skeletonfb.c提供的框架完成的。

共230行，包含函数如下：

1.         static int sti_encode_fix(struct fb_fix_screeninfo *fix, const void *par, struct fb_info_gen *info) 60行

2.         static int sti_decode_var(const struct fb_var_screeninfo *var,void *par, struct fb_info_gen *info) 71行

3.         static int sti_encode_var(struct fb_var_screeninfo *var, const void *par, struct fb_info_gen *info) 78行

4.         static void sti_get_par(void *par, struct fb_info_gen *info) 94行

5.         static void sti_set_par(const void *par, struct fb_info_gen *info) 99行

6.         static int sti_getcolreg(unsigned regno, unsigned *red, unsigned *green, unsigned *blue, unsigned *transp, struct fb_info *info) 104行

7.         static int sti_setcolreg(unsigned regno, unsigned red, unsigned green, unsigned blue, unsigned transp, struct fb_info *info) 111行

8.         static void sti_set_disp(const void *par, struct display *disp, struct fb_info_gen *info) 118行

9.         static void sti_detect(void) 127行

10.     static int sti_blank(int blank_mode, const struct fb_info *info) 132行

11.     int __init stifb_init(void) 161行

12.     void stifb_cleanup(struct fb_info *info) 201行

13.     int __init stifb_setup(char *options) 208行

其中1到10是必须的，参考下面的图。

11是初始化代码

12．13没有完成具体功能

Frame buffer与console

Framebuffer作为显卡在内核中的注册设备，为了满足应用需要，通常还要为console操作提供专用操作函数。

Console是系统提供的一种特殊的文本输出终端，如图所示。常用的console已经不再是从前的单色显示，而是16色或者更多颜色显示。根据文本的代表的不同属性，显示不同的颜色。

把对console的支持内嵌到fb的驱动中，或许有其自己的道理，我没有看出来。不过既然要提供这种支持，我们的驱动程序就要添枝加叶了。

 

在准fb设备设备驱动中是没有对console支持的。

只有在非标准的fb驱动，也就是基于skeletonfb.c架构的程序，需要提供这部分代码。

下面从各个方面介绍framebuffer对console的支持。

1.       各个文件中的支持

fb.h文件中

struct fb_info结构中：

struct display *disp;              /* initial display variable */

    struct vc_data *display_fg;           /* Console visible on this display */

int (*changevar)(int);            /* tell console var has changed */

    int (*switch_con)(int, struct fb_info*); /* tell fb to switch consoles */

 

fbgen.c文件中：

void fbgen_set_disp(int con, struct fb_info_gen *info)

int fbgen_update_var(int con, struct fb_info *info)

int fbgen_switch(int con, struct fb_info *info)

 

新增加文件fbcon.c

struct display fb_display[MAX_NR_CONSOLES];

char con2fb_map[MAX_NR_CONSOLES];

…..

 

新增加文件fbcon.h：

struct display_switch

struct display

 

新增文件console_struct.h:

struct vc_data

……

 

2.       console中的颜色设定
该部分内容准备略掉，可以自行参考fbcon-cfb*.c文件。

 

3.       console和fb的高层理解

当我们在fb中引入console后，就相当于把一张白纸变成了一个日记本。本来对于fb来说只有颜色和位置的关系，引入console后，首先就是console的描述。
   每个console相当于日记本的一页，不同的console可以切换。Console因为是要显示文本，又和字体联系到一起。Console的管理是十分复杂的，远远超过了framebuffer本身。在RH9中，我们可以自己体验一下console和fb的协调问题。

使用Init3多用户模式登陆，这里是没有X server支持的。所有的输入输出都是基于console的。Framebuffer就相当于你的显示器。通过ALT+CTRL+F*，我们可以切换到不同的console，而每个console的设置都可以很独立的完成。每隔console会在自己的数据区记录历史命令，在不同的console可以登陆不同的用户到系统。但是，因为只有一个屏幕，所以当前可视的console只有一个。Frame buffer驱动程序要能够根据ALT+CTRL+F*切换命令去完成console的切换显示。

   这样大家应该明白frame buffer和console的关系了吧。后续我们会具体讲述fb对console的支持。但是对console本身不会设计太多，具体参考tty或console的设计。当完成了fb对console的支持，frame buffer device driver设计就完了：）

Fb console中的字体

/driver/video目录下:
font_6x11.c,font_8x8.c,font_8x16.c

font_acorn_8x8.c,font_pearl_8x8.c,

font_sun8x16.c,font_sun12x22.c

fonts.c

这些文件都是用来处理在fbcon中的字体显示问题。其中除最后一个文件fonts.c外，其他都是字模文件由cpi2fnt产生。

/include/video/目录下：

font.h

1．          首先介绍font.h文件

font.h文件中，定义了字体的描述结构

struct fbcon_font_desc {

    int idx;     //字体的索引号

    char *name;//字体的描述

    int width, height;//字模的宽和高

    void *data;//字模的起始指针

    int pref;    //额外信息，平台用

};

width的值不一定是8的整数倍，考虑到计算机存储的问题，即使width小于8的整数倍，存储时仍以字节为单位，不足的右补齐0。

Linux内核自带了7种字体，name依次为：

font_vga_8x8,

                            font_vga_8x16,

                            font_pearl_8x8,

                            font_vga_6x11,

                            font_sun_8x16,

                            font_sun_12x22,

                            font_acorn_8x8;

根据定义name长度不大于32字节。

2．          Font.c文件

/* 根据字体名返回该字体的描述结构 */

 struct fbcon_font_desc *fbcon_find_font(char *name);

 

/*根据屏幕大小，获取默认字体描述 */

struct fbcon_font_desc *fbcon_get_default_font(int xres, int yres);

 

由此看来，linux中基于fbcon的字体比较单一，描述和使用也相对简单。主要是由于采用字模描述，只描述256个ascii字符，故存储空间不大，从2048到11264不等

  

Fbcon中的颜色查找表

Fbcon-cfbx表示该console使用的是xbpp颜色描述。颜色数为2^x。

在此，我们仅以x=8,x=24举例，使用颜色分别是256色和真彩16M。

/driver/video/fbcon-cfb8.c

/driver/video/fbcon-cfb24.c

/include/video/fbcon-cfb8.h

/include/video/fbcon-cfb24.h

这4个文件实现的具体的操作，而fbcon的底层操作，参考前面的fbcon的介绍，不重复了：）

实现fbcon的颜色映射只需完成下面的功能，以fb8为例：

struct display_switch fbcon_cfb8;   

void fbcon_cfb8_setup(struct display *p);

void fbcon_cfb8_bmove(struct display *p, int sy, int sx, int dy, int dx, int height, int width);

void fbcon_cfb8_clear(struct vc_data *conp, struct display *p, int sy, int sx, int height, int width);

void fbcon_cfb8_putc(struct vc_data *conp, struct display *p, int c, int yy, int xx);

void fbcon_cfb8_putcs(struct vc_data *conp, struct display *p, const unsigned short *s, int count, int yy, int xx);

void fbcon_cfb8_revc(struct display *p, int xx, int yy);

void fbcon_cfb8_clear_margins(struct vc_data *conp, struct display *p,int bottom_only);

fbcon_cfb8是系统的实现关键，具体解释参考fbcon介绍。

fbcon_cfb8_setup函数完成设定display结构中next_line和next_palne的值。

fbcon_cfb8_bmove函数完成当前坐标的移动。

fbcon_cfb8_clear函数通过调用rectfill函数清屏幕缓冲区。

fbcon_cfb8_putc函数向屏幕输出单字符，字体宽度必须小于等于16。

fbcon_cfb8_putcs函数向屏幕输出字符串。

fbcon_cfb8_revc函数从屏幕输入单个字符，并回显到fb上。

fbcon_cfb8_clear_margins函数和fbcon_cfb8_clear类似，调用rectfill清除区域。

其中，fb_writel函数和fb_readl函数实现输入输出的底层操作。这两个函数实际上实在fbcon_h中定义的宏操作，IOMEM操作而已。

关注一下“(nibbletab_cfb8[*cdat++ >> 4] & eorx) ^ bgx,”

这是所谓8bpp的具体实现，不同的位深就在写fb缓冲时体现了。让我们从后向前分析，

1.()^bgx，颜色和背景色异或，只有这样才能保证背景色改变时，文字一直显示。

2．~&eorx，eorx是前景色和背景色异或后的值，只有在前景色和背景色一致的时候，eorx才是0。

3. nibbletab_cfb8[~]，根据字体的~值，调用查找表，取颜色值

4．~从字体文件中去读字模的值。