基于framebuffer的驱动分析

基于framebuffer的驱动分析

framebuffer帧缓冲（简称fb）是linux内核中虚拟出的一个设备，是一个platform类型设备，设备文件位于/dev/fb*

• framebuffer的作用是：向应用层提供一个统一标准接口的显示设备。不论最终输出是通过hdmi还是lcd控制器，可以认为所有的GUI都是向fb输出画面的
• 对于现代LCD，有一种“多屏叠加”的机制，即一个LCD设备可以有多个独立虚拟屏幕，以达到画面叠加的效果。所以fb与LCD不是一对一的关系，在常见的情况下，一个LCD对应了fb0~fb4。像QT这种GUI会默认把画面输出到fb0

1.画面输出原理

• 如何输出画面？应用程序通过往显存中写数据，LCD控制器将自动把显存中的数据映射到lcd屏幕。映射是全自动的，应用层负责往显存里写数据，而驱动要做的仅仅是配置LCD控制器、创建显存罢了
• 由于显存实际是处于内核态的物理内存，所以要把这块物理内存映射到用户态，所谓“映射”就可以理解为建立了一个“符号链接”，这样应用程序就可以直接操作这块物理内存了
• 关于LCD的硬件原理详见LCD简介
• 关于如何在应用层测试fb，详见framebuffer的使用与测试

2.framebuffer驱动结构

fb的结构和misc极为类似，由内核中的fb框架实现一部分，然后再由设备驱动本身实现一部分。设备驱动本身就是一个普通的platform总线驱动
虽然每家原厂写的fb设备驱动可能有些差异，但是基本的套路还是相同的

• 在内核fb框架中，所有的fb设备公用一个主设备号（都是29），它们之间以次设备号互相区分。所以在框架中使用register_chrdev注册了一个主设备号为29的设备，而在驱动中device_create创建设备文件主设备号都为29，次设备号不同
• 由上图可以看出，内核提供了fb框架，原厂提供了fb的platform设备和驱动；不论有多少LCD屏幕，用的都是这一套platform驱动，它们的操作方式都是固定的，唯一的区别就在platform_data里的硬件参数。而我们驱动工程师重点关注的就是该硬件参数

3.修改LCD的硬件参数（2.6版本内核）

当我们板子上的LCD需要更换时，驱动中也需要进行相应的修改

• 具体的思路，是去修改platform_device中的platform_data，LCD的硬件参数都在里面，但是怎么找到这个platform_data是一门学问，因为原厂写的代码是比较复杂的。。。。具体方法详见基于platform总线的驱动分析 的文末
• 不难找到设置platform_data的地方，如图
  
  那么目前导入的platform_data是哪一个呢？根据menuconfig和xxxxdefconfig，分析可知是ek070tn93_fb_data：

static struct s3c_platform_fb ek070tn93_fb_data __initdata = {
    .hw_ver = 0x62,
    .nr_wins = 5,
    .default_win = CONFIG_FB_S3C_DEFAULT_WINDOW,
    .swap = FB_SWAP_WORD | FB_SWAP_HWORD,

    .lcd = &ek070tn93,
    .cfg_gpio   = ek070tn93_cfg_gpio,
    .backlight_on   = ek070tn93_backlight_on,
    .backlight_onoff    = ek070tn93_backlight_off,
    .reset_lcd  = ek070tn93_reset_lcd,
};

• 里面最关键的是.lcd 这个成员，即结构体ek070tn93，查看发现里面有时序、分辨率等各种参数，这样我们就可以随便修改参数了

static struct s3cfb_lcd ek070tn93 = {
    .width = S5PV210_LCD_WIDTH,
    .height = S5PV210_LCD_HEIGHT,
    .bpp = 32,
    .freq = 60,

    .timing = {
        .h_fp   = 210,
        .h_bp   = 38,
        .h_sw   = 10,
        .v_fp   = 22,
        .v_fpe  = 1,
        .v_bp   = 18,
        .v_bpe  = 1,
        .v_sw   = 7,
    },
    .polarity = {
        .rise_vclk = 0,
        .inv_hsync = 1,
        .inv_vsync = 1,
        .inv_vden = 0,
    },
};

4.修改LCD的硬件参数（3.0+版本内核）

对于新的内核，platformdata都包含在了dts中，所以需要在dts中修改LCD的硬件参数。有关设备树详见设备树详解

• 首先进入我们项目的dts以及包含的dtsi，寻找合适的地方安放我们新增的时序，一般某个dtsi里有一个叫display-timings的节点，里面会放时序。其实说实话时序放在哪里根本就无所谓，因为lcd/ldb节点是通过标号来访问具体的时序节点的，我们之所以选择放在display-timings里，仅仅是为了规范一点

    display-timings {

        lq4851lg03:lvds_1280x480_53M{
            clock-frequency = <53172000>;
            hactive = <1280>;
            vactive = <480>;
            hback-porch = <268>;
            hfront-porch = <70>;
            vback-porch = <10>;
            vfront-porch = <10>;
            hsync-len = <70>;
            vsync-len = <25>;
            pixelclk-active = <0>;
        };

        ak070tn93:ttl_1280x480_45M{
            clock-frequency = <45000000>;
            hactive = <1280>;
            vactive = <480>;
            hback-porch = <40>;
            hfront-porch = <73>;
            vback-porch = <20>;
            vfront-porch = <23>;
            hsync-len = <20>;
            vsync-len = <10>;
        };
        xxxxx:xxxxx{

        /*需要添加的参数*/

        };
    };

• 那么我们有两种方案，第一种是直接在默认的时序上修改，第二种添加一个时序，并在项目的dts中使用该时序。在此，我们选择第二种更优越的方法
• 首先在已有的时序后面添加一个时序，具体参数照抄datasheet即可，唯一要注意的是某几个参数的名字可能和datasheet上不同：hsync-len对应datasheet上的Horizontal pulse width；vsync-len 对应datasheet上的Vertical pulse width。那么上面代码中的pixelclk-active = <0>;意味着什么呢？这个元素代表时钟的极性，如果显示图片清晰度不足时，可以尝试加入该元素
• 打开我们项目的dts，然后可以做如下的修改

&mxcfb1 {
    disp_dev = "lcd";
};

&ldb {
    status = "disabled";
};

&lcd {
    status = "okay";
    native-mode = <&xxxx>;
};

• 可以看到有三项，mxcfb1、ldb、lcd。mxcfb1里面的disp_dev决定了图像通过什么方式输出，显然这里有两种方式，ldb和lcd，即lvds输出或ttl输出RGB信号。这里我们选择了lcd（即ttl输出RGB信号），那么ldb显然是要被”disabled”了，而lcd显然是”okay”，并且lcd的native-mode选择了我们刚刚添加的时序
• 有时，除了时序之外，显示的模式可能也需要设置，比如某个屏幕需要jeida的data-mapping模式，而我们项目中的dtsi中并未设置过：

ldb: ldb@020e0008 {
    #address-cells = <1>;
    #size-cells = <0>;
    gpr = <&gpr>;
    status = "disabled";

    lvds-channel@0 {
        reg = <0>;
        status = "disabled";
    };

• 那么在我们项目的dts中就要对其进行引用，并设置（类似于重写）

&ldb {
    status = "okay";
    lvds-channel@0 {
        native-mode = <&SHARP_LQ123B5LW>;
        fsl,data-mapping = "jeida";
        status = "okay";
    };
};

5.修改logo显示（2.6版本内核）

注意：本段关于logo显示的ne
当kernel启动，在probe函数运行时，一般会往fb中输出一个小企鹅logo（开发板厂商可能会改成其他的）。很多时候产品是不需要这个企鹅logo的，我们要学会去修改它

• 在probe函数中，我们可以发现调用了显示logo的相关代码，下面是三星写的，其他厂家应该也不会有很大的区别：

#if !defined(CONFIG_FRAMEBUFFER_CONSOLE) && defined(CONFIG_LOGO)
    if (fb_prepare_logo( fbdev->fb[pdata->default_win], FB_ROTATE_UR)) {
        printk("Start display and show logo\n");
        /* Start display and show logo on boot */
        fb_set_cmap(&fbdev->fb[pdata->default_win]->cmap, fbdev->fb[pdata->default_win]);
        fb_show_logo(fbdev->fb[pdata->default_win], FB_ROTATE_UR);
    }
#endif

• 不难发现如果要让logo消失，只需要让CONFIG_LOGO不被定义即可，即在menuconfig中配置，或者直接修改xxxdefconfig
• 那么如果我们想要添加另外的logo呢？linux的启动logo全部放在drivers/video/logo/下，而且都是以一种专门的格式存在的，称之为ppm格式。我们可以使用专门的工具把png格式图片转成ppm格式，ubuntu里也有这个工具，网上教程很多
• 假设添加完了，我们要选择该logo，怎么选择？很简单，这些logo也是由kconfig管理的，我们只要在drivers/video/logo/下的kconfig和makefile中照葫芦画瓢，添加我们的logo，然后就能在menuconfig中选择了！
• 有时，我们做了一个很小的logo，比屏幕像素小得多，它会被系统放到屏幕左上角。那么如何把它放到屏幕正中央呢？有两种思路，第一种方法是把logo的整个画面做的和屏幕分辨率一样大小，这样自然就对齐到中间了；第二种方法是修改显示logo函数的参数。首先找到probe函数中的fb_show_logo，在进去一层，找到fb_show_logo_line，查看其定义，发现里面有两行：

image.dx = 0;
image.dy = y;

这便是logo图像的坐标偏移量，只需改成恰当的值即可让logo显示到中央了