framebuffer简介与应用

framebuffer简介与应用

使用GUI测试framebuffer不太方便，最简单的方法是用应用层的小程序来测试

1.gpu与fb的关系

• gpu就是soc中的一个外设，对外体现就是寄存器。cpu可以发命令给gpu，比如给两个端点，gpu就会去做具体的画线操作。这样就减轻了cpu的负担，有点类似于DMA的作用
• 下图是一个典型的嵌入式系统显示机制
  

2.在系统中查看lcd参数

在测试前，最重要的就是把带有刷屏功能的应用程序关掉，否则我们无法观察到现象
输入 cat /sys/class/graphics/fb0/modes即可查看分辨率
输入cat /dev/urandom > /dev/fb0即可知晓fb是否能正常工作

3.控制fb

对于应用层，通过操作/dev/fb*，通过ioctl来用各种命令控制fb

• 那么怎么控制呢？命令又是什么呢？这些都在中提供。其实这个头文件是内核源码中的，由于交叉编译器中将其包含了，所以我们可以在应用层直接调用
• 进入内核源码中看看，里面定义了一些ioctl的命令

/* 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

我们主要使用FBIOGET_VSCREENINFO和FBIOGET_FSCREENINFO 命令。从字面意思我们不难看出，这两个命令的意思分别为

• fb’s ioctl, to get variable screen info：获取应用程序可改变的参数（如设定的分辨率）
• fb’s ioctl, to get fixed screen info：获取固定的参数（如屏幕的分辨率，一般只是拿来看看）
• 中还提供了专门的结构体类型，用来存放上述两个参数，如下就是存放可变参数的结构体类型

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 */

• 比较重要的可变参数有：
  
  • xres、yres：可视画面的x、y轴分辨率（应用层改不了）
  • xres_virtual、yres_virtual：虚拟画面（即fb）x、y轴分辨率
  • xoffset、yoffset：可视画面相对于虚拟画面的x、y轴偏移量
  • bits_per_pixel：像素深度，详见LCD详解
    
• 虚拟画面一般会被默认设为（不一定的）可视画面的两倍，这种结构被称之为“双缓冲机制”，这样做的好处是可以一边显示，一边缓冲下一幅画面
  

4.建立显存映射

• 显示画面的输出，实际是通过往显存里面写像素数据来实现的。由于显存实际是处于内核态的物理内存，所以下一步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
• 建立映射主要是使用mmap这个api，mmap的原型可以用man手册查看，
  void *mmap(void *addr, size_t length, int prot, int flags, int fd, off_t offset);
  值得注意的是第一个参数，第一个参数是自选地址，意思是应用程序可以选一个自己喜欢的地址值，然后mmap可以把显存映射到该地址。如果参数值为NULL的话，系统将为我们自动分配一个地址，返回值就是该地址。
  其他参数没什么好注意的，看看man手册即可

5.输出画面数据

• 我们有了显存之后，就可以将画面数据写入显存了。可是怎么写，写什么呢？
• 对于我们当前的环境， xres_virtual、yres_virtual分别为800，960；bpp（像素深度）为32位；所以每个像素用一个int来表示，虚拟屏幕尺寸为800*960像素。
• 显存中，数据排布的顺序就是按照虚拟屏幕中像素数据从上到下，从左到右的数据来排布。而每一个像素数据则按照A（透明度）、R（红）、G（绿）、B（蓝）的顺序排布的。说实话显存中数据的排布很简单，非常符合人类的思维
  
  

6.程序分析

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 


#define FBDEVICE "/dev/fb0"
void draw_back(unsigned int *pfb, unsigned int width, unsigned int height, unsigned int color);

void draw_line(unsigned int *pfb, unsigned int width, unsigned int height);

int main(void)
{
    int fd = -1;
    int ret = -1;
    unsigned int *pfb = NULL;
    struct fb_fix_screeninfo finfo;
    struct fb_var_screeninfo vinfo;

    fd = open(FBDEVICE, O_RDWR);
    if (fd < 0)
    {
        perror("open");
        return -1;
    }
    printf("open %s success \n", FBDEVICE);

    /*获取fb信息*/
    ret = ioctl(fd, FBIOGET_FSCREENINFO, &finfo);
    if (ret < 0)
    {
        perror("ioctl");
        return -1;
    }

    ret = ioctl(fd, FBIOGET_VSCREENINFO, &vinfo);
    if (ret < 0)
    {
        perror("ioctl");
        return -1;
    }
    /*建立mmap映射*/
    pfb = mmap(NULL, finfo.smem_len, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);
    if (NULL == pfb)
    {
        perror("mmap");
        return -1;
    }
    printf("pfb :0x%x \n", pfb);

    draw_back(pfb, vinfo.xres_virtual, vinfo.yres_virtual, 0xffff0000);
    draw_line(pfb, vinfo.xres_virtual, vinfo.yres_virtual);

    close(fd);
    return 0;
}


void draw_back(unsigned int *pfb, unsigned int width, unsigned int height, unsigned int color)
{
    unsigned int x, y;
    for (y = 0; y < height; y++)
    {
        for (x = 0; x < width; x++)
        {
            *(pfb + y * width + x) = color;
        }
    }
}

void draw_line(unsigned int *pfb, unsigned int width, unsigned int height)
{
    unsigned int x, y;
    for (x = 50; x < width - 50; x++)
    {
        *(pfb + 50 * width + x) = 0xffffff00;
    }
    for (y = 50; y < height -50; y++)
    {
        *(pfb + y * width + 50) = 0xffffff00;
    }
}

• 上述代码先读取了fb的各种信息，然后根据读出来的信息画了一幅图像（两条线距离显示virtual边缘为50像素），如果该图像能被正确显示，则说明fb完全正常