Linux Framebuffer编程之lcd屏幕显示jpeg图像

开发环境

1. 虚拟机Ubuntu 16.04
2. 编辑器VsCode
3. 交叉编译工具 arm-linux-gnueabihf
4. 已制作文件系统，有lcd相关驱动
5. 正点原子ZYNQ7010启明星开发板 + ALIENTEK 7寸 RGB888 TFTLCD屏

移植libjpeg

详见参考文档第二十章

Framebuffer基础知识

Frame 是帧的意思， buffer 是缓冲的意思，所以 Framebuffer 就是帧缓冲，这意味着 Framebuffer 就是一块内存，里面保存着一帧图像
帧缓冲（framebuffer）是 Linux 系统中的一种显示驱动接口，它允许上层应用程序直接对显示缓冲区进行读写操作

在 Linux 系统中，显示设备被称为 FrameBuffer 设备（帧缓冲设备），所以 LCD 显示屏就是 FrameBuffer 设备

LCD应用编程

正点原子开发板出厂系统中的 /dev/fb0 设备节点就是LCD屏，应用程序对 /dev/fb0 进行I/O操作就相当于读写显示设备的显示缓冲区（显存），而显存是 LCD 的显示缓冲区， LCD 硬件会从显存中读取数据显示到 LCD 液晶面板上

操作/dev/fb*流程

1. 首先打开/dev/fb* 设备文件；
2. 使用 ioctl()函数获取到当前显示设备的参数信息，可根据屏幕参数计算显示缓冲区的大小；
3. 通过存储映射 I/O 方式将屏幕的显示缓冲区映射到用户空间（mmap）；
4. 映射成功后就可以直接读写屏幕的显示缓冲区，进行绘图或图片显示等操作了；
5. 完成显示后， 调用 munmap()取消映射、并调用 close()关闭设备文件。

打开framebuffer设备

    if ((fd = open("/dev/fb0", O_RDWR)) < 0) {
        perror("open error");
        return -1;
    }

ioctl()获取fb设备信息

ioctl() 函数可以获取LCD屏幕信息，其中FBIOGET_VSCREENINFO 表示获取 FrameBuffer 设备的可变参数信息

struct fb_var_screeninfo fb_var;
ioctl(fd, FBIOGET_VSCREENINFO, &fb_var);

struct fb_var_screeninfo 结构体保存着FrameBuffer 设备的可变参数信息
struct fb_var_screeninfo 结构体有一些重要的常用的内容

struct fb_var_screeninfo{
	__u32 xres;
	__u32 yres;
	__u32 bits_per_pixel;
	__u32 height; 
	__u32 width;
}

其中 xres 表示获取到的屏幕的水平分辨率，也即表示LCD屏幕一行(X方向)有多少个像素点
yres 表示获取到的屏幕的垂直分辨率，也即表示LCD屏幕一列(Y方向)有多少个像素点
bits_per_pixel 表示每个像素点使用多少个 bit 来描述，也就是像素深度 bpp
height 和 width 用于描述LCD 屏显示图像的高度和宽度（单位为mm）

计算缓冲区大小

	static int width;                       //LCD X分辨率
	static int height;                      //LCD Y分辨率
	static unsigned int line_length;       //LCD一行的长度（字节为单位）
	static unsigned int bpp;    //像素深度bpp
	unsigned int screen_size;	//屏幕缓冲区大小（字节为单位）
	
    bpp = fb_var.bits_per_pixel;
    width = fb_var.xres;
    height = fb_var.yres;
    line_length = width * bpp / 8;
    screen_size = line_length * height;

韦东山老师的视频可以更好地帮助理解
如图，一块LCD屏幕的分辨率是 xres * yres ，即一行有 xres 个像素点，一列有 yres 个像素点
如果LCD屏幕是ARGB888的图像格式的，即bpp = 32，每一个像素点用32个bit来描述，也就是占32/8个字节（1字节 = 8bit）

缓冲区大小自然就是可以计算出来了，以字节为单位的话 screen_size = xres * yres * bpp / 8;

libjpeg应用编程

基础知识

相关使用方法详见文档第二十章

关键代码

原子的源码在我的屏幕上（RGB888 7寸 LCD）不能直接跑通，我基于原子的源码进行了修改，修改好的关键的代码如下

    unsigned char *jpeg_line_buf = NULL;     //行缓冲区:用于存储从jpeg文件中解压出来的一行图像数据
    unsigned char *fb_line_buf = NULL; //行缓冲区:用于存储写入到LCD显存的一行数据
    unsigned int valid_bytes;   // 1 byte = 8 bit
    static unsigned char *screen_base = NULL;        //映射后的显存基地址
    
    screen_base = mmap(NULL, screen_size, PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);
    //开始解码图像
    jpeg_start_decompress(&cinfo); 
    //为缓冲区分配内存空间
    jpeg_line_buf = malloc(cinfo.output_components * cinfo.output_width);
    fb_line_buf = malloc(cinfo.output_components * width);
    
    //读取数据
    valid_bytes = min_w * bpp / 8;//一行的有效字节数 表示真正写入到LCD显存的一行数据的大小
    while (cinfo.output_scanline < min_h) {

        jpeg_read_scanlines(&cinfo, &jpeg_line_buf, 1);//每次读取一行数据

        for (i = 0; i < (min_w * 3); i += 1)
            fb_line_buf[i] = jpeg_line_buf[i];

        memcpy(screen_base, fb_line_buf, valid_bytes);
        screen_base += line_length; //+line_length  定位到LCD下一行显存地址的起点
    }    

原子源码中定义相关帧缓存指针用的是short类型，也就是占两个字节，程序也是正好适配RGB565屏幕，也是两个字节（16 bpp / 8 =2）

unsigned short *fb_line_buf = NULL;
static unsigned short *screen_base = NULL;

一开始没注意到数据类型，所以一直没能跑通程序，很困扰，后来分析原理才慢慢找到关键点了，整个过程还是受益良多的

显示效果

忽略手机拍摄效果

完整源码

完整源码和编译好的可执行文件已上传至CSDN，需要自取
链接: Linux Framebuffer显示demo——jpeg图像显示

参考资料

【正点原子文档】I.MX6U嵌入式Linux C应用编程指南V1.4

B站视频: 【韦东山】嵌入式Linux教程_韦东山手把手教你嵌入式Linux快速入门到精通