使用Linux Framebuffer绘制32位真彩图形

Linux将显示器屏幕抽象成了一块连续的内存，这简直太棒了。因为 你可以通过写内存的方式在屏幕上作画了！

Linux是通过 逐行扫描 的方式布局这块内存的，即：

$W\times H$的屏幕上$P(x,y)$坐标在这块内存$M$中的位置是：$I_P=y\times W+x$

$P(x,y)$是$W\times H$屏幕上的一个像素，$M[I_P]$处保存该像素的颜色值。

问题是$M[I_P]$这个像素值设置成多少？它需要多少bit存储呢？

这就是RGB标准规定的了，比如常规的24bit三字节存储，每一个字节保存一个原色分量：

每像素24位（比特s per pixel，bpp）编码的RGB值：使用三个8位无符号整数（0到255）表示红色、绿色和蓝色的强度。这是当前主流的标准表示方法，用于真彩色和JPEG或者TIFF等图像文件格式里的通用颜色交换。它可以产生一千六百万种颜色组合，对人类的眼睛来说，其中有许多颜色已经是无法确切的分辨。

另外，32bit是最牛逼的，除了24bit保存三原色之外，还有一个8bit保存Alpha值，即透明度。这就是32bit真彩色！

如果每个像素通过3字节24bit来描述，那么整个$W\times H$屏幕就需要$W\times H\times 3$字节这么大的内存，如果是4字节32bit描述一个真彩像素，那么整个屏幕所需的内存大小就是$W\times H\times 4$字节。

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我们操作这块内存，按照屏幕的配置去设置$M[I_P]$的值，就能实现屏幕作图。

如何获得这块内存呢？ 映射/dev/fb0 即可！

如何得到$W$和$H$呢？ ioctl 即可：

static struct fb_var_screeninfo info;
ioctl(fd, FBIOGET_VSCREENINFO, &info)
//W值：info.xres 
//H值：info.yres
//多少位存储一个像素信息：info.bits_per_pixel

现在让我们画一个矩形：

#include 
#include 
#include 
#include 

unsigned int *mem = NULL;
static struct fb_var_screeninfo info;

void setPixel(int x, int y, int c)
{
	int idx;

	if (x < 0 || x >= info.xres || y < 0 || y >= info.yres) {
		printf("x:%d  y:%d\n", x, y);
		return -1;
	}

	idx = y*info.xres + x;
	mem[idx] = c;
}

int main()
{
	static int fd = -1;
	int i, j;

	fd = open("/dev/fb0", O_RDWR);
	if (ioctl(fd, FBIOGET_VSCREENINFO, &info)) {
		exit(1);
	}
	mem = (unsigned int *)mmap(NULL, info.xres*info.yres*info.bits_per_pixel/8, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);
	if (mem == NULL) {
		exit(1);
	}
	for (i = info.xres/4; i < info.xres/2; i++) setPixel(i, info.yres/4, 0xffffffff);
	for (i = info.xres/4; i < info.xres/2; i++) setPixel(i, info.yres*3/4, 0xffffffff);
	for (i = info.yres/4; i < info.yres*3/4; i++) setPixel(info.xres/4, i, 0xffffffff);
	for (i = info.yres/4; i < info.yres*3/4; i++) setPixel(info.xres/2, i, 0xffffffff);
	return 0;
}

执行之，效果：

如何把背景去掉呢？

其实，说白了，屏幕上的所有东西，包括GUI也好，包括命令提示符也罢，都是 画出来 的，我们既然已经获得了/dev/fb0从而映射了内存，那么清空文件就是了：

[root@localhost frame]# dd if=/dev/zero of=/dev/fb0
dd: 正在写入"/dev/fb0": 设备上没有空间
记录了12289+0 的读入
记录了12288+0 的写出
6291456字节(6.3 MB)已复制，0.0118288 秒，532 MB/秒
[root@localhost frame]# ./a.out

清爽，干净！

我想从0到100做一个GUI系统，首先我希望这个屏幕是给力的，至少它能显示一种真彩色。我先用一个图片，看看能不能显示出来。

由于我不懂C如何编写图形处理程序，所以我用Java：

import java.awt.image.*;
import java.io.*;
import javax.imageio.ImageIO;

public class Drawimage {
	static File src = null;
	static BufferedImage img = null;
	native static void setFB(int x, int y, int rgb);
	static {
		System.loadLibrary("setFB");
	}

	public static void main(String[] args) throws IOException {
		int i, j, width, height;
		int rgb, rgb1, rgb2, a1, a2, a3;
		src = new File(args[0]);
		img = ImageIO.read(src);
		width = img.getWidth();
		height = img.getHeight();

		for (i = 1; i < width - 1; i++) {
			for (j = 1; j < height-1; j++) {
				rgb = img.getRGB(i, j);
				a1 = (rgb>>24)&0xFF;
				if (a1 != 0) {
					Drawimage.setFB(i, j, rgb);
				}
			}
		}

	}
}

给出本地代码：

//setFB.c
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

unsigned char *mem = NULL;
static struct fb_var_screeninfo info;

void setPixel(int x, int y, int c)
{
	int idx;

	if (x < 0 || x >= info.xres || y < 0 || y >= info.yres) {
		printf("x:%d  y:%d\n", x, y);
		return -1;
	}

	idx = y*info.xres + x;
	mem[idx] = c;
}

JNIEXPORT void JNICALL Java_Drawimage_setFB (JNIEnv *env, jclass class, jint x, jint y, int rgb)
{
	static int fd = -1;

	if (fd == -1) {
		fd = open("/dev/fb0", O_RDWR);
		if (ioctl(fd, FBIOGET_VSCREENINFO, &info)) {
			exit(1);
		}
		mem = (unsigned int *)mmap(NULL, info.xres*info.yres*info.bits_per_pixel/8, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);
		if (mem == NULL) {
			printf("exit\n");
			exit(1);
		}
	}
	setPixel(x, y, rgb);
}

这不是我想要的，这太Low了。我打印了info.xres和info.yres，发现它是：
$1280\times 1024(16bit)$

16bit不可能表示真彩的！我需要的是32bit！怎么办？

Linux内核有个VGA启动参数 vga=XXX 我也不知道怎么设置。所以我胡乱写一个，然后让系统提示我怎么做，我写 vga=12345

注意 $1600\times 1200\times 32$ 这个，那么我就选 347 吧。

注意，修改了显示模式后，代码也要相应的修改。

毕竟我们现在用32bit来表示一个像素，所以我们要把mem的定义改一下，用4字节32位的int替代1个字节8位的char：

unsigned int *mem = NULL;

按照上述修改后的代码，执行，结果如下：

锃亮的！如果不想要背后的背景，那就 dd if=/dev/zero of=/dev/fb0 如果想要个纯色的背景，那就改下Java代码：

				rgb = img.getRGB(i, j);
				a1 = (rgb>>24)&0xFF;
				if (a1 != 0) {
					Drawimage.setFB(i, j, rgb);
				} else {
					rgb = 0xff123456;
					Drawimage.setFB(i, j, rgb);
				}

效果如下：

当奢华遇到暴力：

虽然没有什么难度，也没有什么意义，但确实好玩

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如果加上以下技术，就可以自己实现一个GUI系统了：

• 多线程
• 鼠标键盘监控
• 事件处理
• Buffer重绘
• 双缓冲

这里难度最大的就是Buffer重绘和双缓冲技术。
…

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字符，命令提示符，GUI，这些都是画出来的，如何画是难点，如何重绘事难点的难点。

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皮鞋?湿，不会胖。