Linux framebuffer简介及操作

18.2.1 帧缓冲区的概念
帧缓冲(framebuffer)是 Linux 系统为显示设备提供的一个接口,它将显示缓冲区抽象,屏
蔽图像硬件的底层差异,允许上层应用程序在图形模式下直接对显示缓冲区进行读写操作。用户
不必关心物理显示缓冲区的具体位置及存放方式,这些都由帧缓冲设备驱动本身来完成。对于帧
缓冲设备而言,只要在显示缓冲区中与显示点对应的区域写入颜色值,对应的颜色会自动在屏幕
上显示,18.2.2 小节将讲解显示缓冲区与显示点的对应关系。
帧缓冲设备为标准字符设备,主设备号为 29,对应于/dev/fbn 设备文件。帧缓冲驱动的应用
非常广泛,在 Linux 的桌面系统中,X Window 服务器就是利用帧缓冲进行窗口的绘制。嵌入式系

统中的 Qt/Embedded 等图形用户界面环境也基于帧缓冲而设计。


Framebuffer简介 :

       帧缓冲(framebuffer)是Linux为显示设备提供的一个接口,把显存抽象后的一种设备,他允许上层应用程序在图形模式下直接对显示缓冲区进行读写操作。framebuffer是LCD对应的一中HAL(硬件抽象层),提供抽象的,统一的接口操作,用户不必关心硬件层是怎么实施的。这些都是由Framebuffer设备驱动来完成的。 

       帧缓冲设备对应的设备文件为/dev/fb*,如果系统有多个显示卡,Linux下还可支持多个帧缓冲设备,最多可达32个,分别为/dev/fb0到 /dev/fb31,而/dev/fb则为当前缺省的帧缓冲设备,通常指向/dev/fb0,在嵌入式系统中支持一个显示设备就够了。帧缓冲设备为标准字符设备,主设备号为29,次设备号则从0到31。分别对应/dev/fb0-/dev/fb31。


       通过/dev/fb,应用程序的操作主要有这几种: 
1. 读/写(read/write)/dev/fb:相当于读/写屏幕缓冲区。 
2. 映射(map)操作:由于Linux工作在保护模式,每个应用程序都有自己的虚拟地址空间,在应用程序中是不能直接访问物理缓冲区地址的。而帧缓冲设备可以通过mmap()映射操作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上,然后用户就可以通过读写这段虚拟地址访问屏幕缓冲区,在屏幕上绘图了。 

3. I/O控制:对于帧缓冲设备,对设备文件的ioctl操作可读取/设置显示设备及屏幕的参数,如分辨率,屏幕大小等相关参数。ioctl的操作是由底层的驱动程序来完成的。

       在应用程序中,操作/dev/fb的一般步骤如下: 
1. 打开/dev/fb设备文件。 
2. 用ioctl操作取得当前显示屏幕的参数,根据屏幕参数可计算屏幕缓冲区的大小。 
3. 将屏幕缓冲区映射到用户空间。 

4. 映射后即可直接读写屏幕缓冲区,进行绘图和图片显示。

       framebuffer相关数据结构介绍 
1. fb_info结构体:帧缓冲设备中最重要的数据结构体,包括了帧缓冲设备属性和操作的完整性属性。
2. fb_ops结构体:fb_info结构体的成员变量,fb_ops为指向底层操作的函数的指针。

3.fb_var_screen和fb_fix_screen结构体:fb_var_screen记录用户可以修改的显示控制器参数,fb_fix_screen记录用户不能修改的显示控制器参数。

       下面程序是使用上诉方法在framebuff设备在显示器上绘图,注意在虚拟机下使用Ubuntu桌面环境运行下程序时是没有效果的,我估计是XWindow一直在输出,所以将我们的程序输出的效果很快给覆盖了,根本看不见效果,所以我切换到无图形用户界面,ctrl+alt+F1/F2/F3/F4可以切换不同的tty终端,在控制台的界面下运行就有效果了。

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
int main()
{
    int fbfd = 0;
    struct fb_var_screeninfo vinfo;
    unsigned long screensize = 0;
    char *fbp = 0;
    int x = 0, y = 0;
    int i = 0;
    // Open the file for reading and writing
    fbfd = open("/dev/fb0", O_RDWR);
    if (!fbfd)
    {
        printf("Error: cannot open framebuffer device.\n");
        exit(1);
    }
    printf("The framebuffer device was opened successfully.\n");
    // Get variable screen information
    if (ioctl(fbfd, FBIOGET_VSCREENINFO, &vinfo))
    {
        printf("Error reading variable information.\n");
        exit(1);
    }
	printf("R:%d,G:%d,B:%d \n", vinfo.red, vinfo.green, vinfo.blue );
	printf("%dx%d, %dbpp\n", vinfo.xres, vinfo.yres, vinfo.bits_per_pixel);
    if (vinfo.bits_per_pixel != 32)
    {
        printf("Error: not supported bits_per_pixel, it only supports 32 bit color\n");
        exit(1);
    }
    // Figure out the size of the screen in bytes
    screensize = vinfo.xres * vinfo.yres * vinfo.bits_per_pixel / 8;
	printf("pixels:%d,screensize:%dB\n", vinfo.xres * vinfo.yres, screensize);
    // Map the device to memory
    fbp = (char *)mmap(0, screensize, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fbfd, 0);
    if ((int)fbp == -1)
    {
        printf("Error: failed to map framebuffer device to memory.\n");
        exit(4);
    }
    printf("The framebuffer device was mapped to memory successfully.\n");
    
    for (i = 0; i < 480000; i++)
    {
		*((unsigned int *)fbp + i) = 0x00ff00ff;
    }
    munmap(fbp, screensize);
    close(fbfd);
    return 0;
}
运行效果如下:

Linux framebuffer简介及操作_第1张图片

但是不知道为什么显示的有问题,颜色倒是对的,但是进行刷屏的时候不能完全覆盖,像素也没有算错,不知道为什么,然后我就将刷屏程序改了改,如下所示:

    for (i = 0; i < 800 * 600 * 4; i++)
    {
		*(fbp + i) = 0xff;
		usleep(100);
    }
这样是按照字节来进行刷屏,且每个像素都是白色,同时没刷一个字节延时100us,这样就可以看到刷新的过程了,通过结果来看当像素刷新到右边最后一个像素的时候还会继续往右边刷,虽然看不见了,但是有明显的时间停顿之后才进行下一行的像素刷新操作,说明这个虚拟机下的Ubuntu控制台的屏幕并不是800*600,虽然程序读取屏幕参数的时候得到的是800*600,但是貌似有点问题,还不知是什么问题。

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