Linux帧缓冲注册OLED驱动
Linux帧缓冲注册OLED驱动
OLED时间显示
1.帧缓冲Framebuff
在 linux 系统中 LCD 这类设备称为帧缓冲设备，英文 frameBuffer 设备。
frameBuffer 是出现在 2.2.xx 内核当中的一种驱动程序接口。
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。
用户可以将 Framebuffer 看成是显示内存的一个映像， 将其映射到进程地址空间之后，就可以直接进行读写操作，而写操作可以立即反应在屏幕上。
帧缓冲驱动是字符类设备的一种，主设备号为29，生成的设备节点为/dev/fb*。
使用帧缓冲完成屏幕驱动注册，应用层只需调用open函数打开失败，再通过ioctl函数获取屏幕的参数信息，再调用mmap函数将屏幕显存地址映射到进程空间，接下来对地址的写入即是对屏幕的刷。
2.帧缓冲Framebuff应用编程
- 帧缓冲应用层编程步骤
- 打开LCD设备open(“/dev/fb0”,2);
- 获取固定参数和可变参数ioctl;
- 将屏幕缓冲区映射到进程空间mmap;
- 实现屏幕最核心函数画点函数；
2.1 帧缓冲Framebuff设备节点
通过帧缓冲完成屏幕驱动注册，会在/dev下生成设备节点，主设备号为29，注册的一个设备驱动为/dev/fb0，第二个为/dev/fb1，依此类推，最大可以注册32个设备。
2.2 固定参数
通过ioctl函数，命令参数为FBIOGET_FSCREENINFO，固定参数结构体为struct fb_fix_screeninfo。在固定参数可获得的屏幕信息有：smem_len屏幕缓冲区大小、line_length一行的字节数。
#define FBIOGET_FSCREENINFO 0x4602 /*获取屏幕固定参数*/
/*固定参数结构体*/
struct fb_fix_screeninfo {
char id[16]; /* identification string eg "TT Builtin" */
unsigned long smem_start; /* Start of frame buffer mem 屏幕物理地址 */
/* (physical address) */
__u32 smem_len; /* Length of frame buffer mem 屏幕缓冲区大小*/
__u32 type; /* see FB_TYPE_* */
__u32 type_aux; /* Interleave for interleaved Planes */
__u32 visual; /* see FB_VISUAL_* */
__u16 xpanstep; /* zero if no hardware panning */
__u16 ypanstep; /* zero if no hardware panning */
__u16 ywrapstep; /* zero if no hardware ywrap */
__u32 line_length; /* length of a line in bytes 一行的字节数 */
unsigned long mmio_start; /* Start of Memory Mapped I/O */
/* (physical address) */
__u32 mmio_len; /* Length of Memory Mapped I/O */
__u32 accel; /* Indicate to driver which */
/* specific chip/card we have */
__u16 capabilities; /* see FB_CAP_* */
__u16 reserved[2]; /* Reserved for future compatibility */
};
2.3 可变参数
通过ioctl函数，命令参数为FBIOGET_VSCREENINFO，固定参数结构体为struct fb_fix_screeninfo。在固定参数可获得的屏幕信息有：屏幕宽度xres、屏幕高度yres、颜色位数bits_per_pixel。
#define FBIOGET_VSCREENINFO 0x4600 /*获取屏幕可变参数*/
/*可变参数结构体*/
struct fb_var_screeninfo {
__u32 xres; /* visible resolution屏幕宽度 */
__u32 yres; /*屏幕高度*/
__u32 xres_virtual; /* virtual resolution */
__u32 yres_virtual;
__u32 xoffset; /* offset from virtual to visible */
__u32 yoffset; /* resolution */
__u32 bits_per_pixel; /* guess what 颜色位数 */
__u32 grayscale; /* 0 = color, 1 = grayscale, */
/* >1 = FOURCC */
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 */
/* Timing: All values in pixclocks, except pixclock (of course) */
__u32 pixclock; /* pixel clock in ps (pico seconds) */
__u32 left_margin; /* time from sync to picture */
__u32 right_margin; /* time from picture to sync */
__u32 upper_margin; /* time from sync to picture */
__u32 lower_margin;
__u32 hsync_len; /* length of horizontal sync */
__u32 vsync_len; /* length of vertical sync */
__u32 sync; /* see FB_SYNC_* */
__u32 vmode; /* see FB_VMODE_* */
__u32 rotate; /* angle we rotate counter clockwise */
__u32 colorspace; /* colorspace for FOURCC-based modes */
__u32 reserved[4]; /* Reserved for future compatibility */
};
2.4 将屏幕缓冲区映射到进空间
#include
void *mmap(void *addr, size_t length, int prot, int flags,int fd, off_t offset);
函数功能： 将文件映射到进程空间
形参： addr --映射的虚拟地址，一般填NULL，有系统自行分配
length --要映射的空间大小
prot --PROT_READ可读；PROT_WRITE可写
flags --MAP_SHARED可读写，读写内容同步到文件;MAP_PRIVATE修改的内容不会同步到文件
fd --文件描述符
offset --一般填0，表示映射整个文件
返回值： 成功返回映射的地址
失败返回-1
int munmap(void *addr, size_t length);
形参： addr --mamp函数返回值
length --映射空间大小
2.5 帧缓冲获取固定参数和可变参数示例
int main()
{
/*1.打开设备*/
int fd=open("/dev/fb0", 2);
if(fd<0)
{
printf("打开设备失败\n");
}
/*2.获取固定参数*/
memset(&fb_fix,0, sizeof(fb_fix));
ioctl(fd,FBIOGET_FSCREENINFO,&fb_fix);
printf("屏幕缓存大小:%d\n",fb_fix.smem_len);
printf("一行的字节数:%d\n",fb_fix.line_length);
/*3.获取屏幕可变参数*/
memset(&fb_var,0, sizeof(fb_var));
ioctl(fd,FBIOGET_VSCREENINFO,&fb_var);
printf("屏幕尺寸:%d*%d\n",fb_var.xres,fb_var.yres);
printf("颜色位数:%d\n",fb_var.bits_per_pixel);
/*4.将屏幕缓冲区映射到进程空间*/
lcd_p=mmap(NULL,fb_fix.smem_len,PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_SHARED,fd,0);
close(fd);
if(lcd_p==(void *)-1)
{
printf("内存映射失败\n");
return 0;
}
memset(lcd_p,0xff,fb_fix.smem_len);//将屏幕清空为白色
//取消映射
munmap(lcd_p,fb_fix.smem_len);
return 0;
}
/*画点函数实现*/
static inline void LCD_DrawPoint(int x,int y,int c)
{
//获取要绘制的点的地址
unsigned int *p= (unsigned int *)(lcd_p+y*fb_fix.line_length+x*fb_var.bits_per_pixel/8);
*p=c;//写入颜色值
}
3.帧缓冲驱动编程
帧缓冲驱动是属于字符类设备的一种，主设备号为29，生成的设备节点为/dev/fb*。实现帧缓冲驱动注册，只需要调用驱动注册函数register_framebuffer，驱动注册注销函数unregister_framebuffer。
- 注册和注销驱动函数
#include
int unregister_framebuffer(struct fb_info *fb_info);
int register_framebuffer(struct fb_info *fb_info);
- struct fb_info结构体
struct fb_info结构体中需要关心的参数有：
1. 屏幕固定参数结构体struct fb_fix_screeninfo fix、屏幕可变参数结构体struct fb_var_screeninfo var 位应用层提供屏幕信息。
2.帧缓冲文件操作集合struct fb_ops *fbops，需要为应用层接口函数提供入口。
3.屏幕的内核申请的虚拟地址char __iomem *screen_base，应用层mmap函数映射地址就是和该地址的连接桥梁。
struct fb_info {
atomic_t count;
int node;
int flags;
struct mutex lock; /* Lock for open/release/ioctl funcs */
struct mutex mm_lock; /* Lock for fb_mmap and smem_* fields */
struct fb_var_screeninfo var; /* 可变参数 */
struct fb_fix_screeninfo fix; /* 固定参数 */
struct fb_monspecs monspecs; /* Current Monitor specs */
struct work_struct queue; /* Framebuffer event queue */
struct fb_pixmap pixmap; /* Image hardware mapper */
struct fb_pixmap sprite; /* Cursor hardware mapper */
struct fb_cmap cmap; /* Current cmap */
struct list_head modelist; /* mode list */
struct fb_videomode *mode; /* current mode */
#ifdef CONFIG_FB_BACKLIGHT
/* assigned backlight device */
/* set before framebuffer registration,
remove after unregister */
struct backlight_device *bl_dev;
/* Backlight level curve */
struct mutex bl_curve_mutex;
u8 bl_curve[FB_BACKLIGHT_LEVELS];
#endif
#ifdef CONFIG_FB_DEFERRED_IO
struct delayed_work deferred_work;
struct fb_deferred_io *fbdefio;
#endif
struct fb_ops *fbops;/*帧缓冲文件操作集合*/
struct device *device; /* This is the parent */
struct device *dev; /* This is this fb device */
int class_flag; /* private sysfs flags */
#ifdef CONFIG_FB_TILEBLITTING
struct fb_tile_ops *tileops; /* Tile Blitting */
#endif
char __iomem *screen_base; /* Virtual address虚拟地址 */
unsigned long screen_size; /* Amount of ioremapped VRAM or 0 */
void *pseudo_palette; /* Fake palette of 16 colors */
#define FBINFO_STATE_RUNNING 0
#define FBINFO_STATE_SUSPENDED 1
u32 state; /* Hardware state i.e suspend */
void *fbcon_par; /* fbcon use-only private area */
/* From here on everything is device dependent */
void *par;
/* we need the PCI or similar aperture base/size not
smem_start/size as smem_start may just be an object
allocated inside the aperture so may not actually overlap */
struct apertures_struct {
unsigned int count;
struct aperture {
resource_size_t base;
resource_size_t size;
} ranges[0];
} *apertures;
- 内核层申请物理地址dma_alloc_writecombine
因为应用层是通过mmap内存映射方式将屏幕缓冲区映射到进程空间，因此驱动层需要调用dma_alloc_writecombine函数来实现分配屏幕的的物理缓冲区。
#include
void *dma_alloc_writecombine(struct device *dev, size_t size,dma_addr_t *handle, gfp_t gfp)
函数功能： 内核层动态分配物理内存空间。
形参： dev --没有可直接填NULL
size --要申请的空间大小
dma_handle --申请的物理地址
flag —GFP_KERNEL申请不到就阻塞
返回值： 成功返回申请成功的物理地址对应的虚拟地址
- 内核层释放申请的物理空间dma_free_writecombine
调用dma_free_writecombine函数来完成物理空间释放。
void dma_free_writecombine(struct device *dev, size_t size,void *cpu_addr, dma_addr_t handle)
形参：dev --没有可直接填NULL
size --要申请的空间大小
cpu_addr —dma_alloc_writecombine函数返回值
handle --物理地址
3.1 OLED简介
OLED，即有机发光二极管（ Organic Light Emitting Diode）。 OLED 由于同时具备自发光，不需背光源、对比度高、厚度薄、视角广、反应速度快、可用于挠曲性面板、使用温度范围广、 构造及制程较简单等优异之特性，被认为是下一代的平面显示器新兴应用技术。
本次选用OLED屏幕为0.96寸，驱动IC为SSD1306，驱动协议为SPI。分辨率为128*64；单色屏幕。采用页面寻址方式。
- 引脚说明
- GND 电源地
- VCC 电源正（ 3～5.5V）
- D0 OLED 的 D0 脚，在 SPI 和 IIC 通信中为时钟管脚
- D1 OLED 的 D1 脚，在 SPI 和 IIC 通信中为数据管脚
- RES OLED 的 RES#脚，用来复位（低电平复位）
- DC OLED 的 D/C#E 脚， 数据和命令控制管脚
- CS OLED 的 CS#脚，也就是片选管脚
3.2 帧缓冲注册示例
硬件平台： tiny4412
开发平台： ubuntu18.04
交叉编译器： arm-linux-gcc
内核： linux3.5
OLED驱动IC： SSD1306
OLED驱动方式： SPI(采用SPI子系统实现)
注册SPI子系统实现OLED屏幕驱动，OLED屏幕画点函数实现；通过帧缓冲驱动注册OLED驱动，在/dev下生成设备节点，实现应用层帧缓冲接口。
#include 3.3 帧缓冲应用层
通过LCD应用编程实现OLED应用程序编写，调用矢量字库实现字符串显示，移植第三方数码管显示示例实现动态数码管式时间显示。
#include 
