Framebuffer 驱动学习总结（一） ---- 总体架构及关键结构体

一、Framebuffer 设备驱动总体架构

帧缓冲设备为标准的字符型设备，在Linux中主设备号29，定义在/include/linux/major.h中的FB_MAJOR，次设备号定义帧缓冲的个数，最大允许有32个FrameBuffer，定义在/include/linux/fb.h中的FB_MAX，对应于文件系统下/dev/fb%d设备文件。

 

 

我们从上面这幅图看，帧缓冲设备在Linux中也可以看做是一个完整的子系统，大体由fbmem.c和xxxfb.c组成。向上给应用程序提供完善的设备文件操作接口(即对FrameBuffer设备进行read、write、ioctl等操作)，接口在Linux提供的fbmem.c文件中实现；向下提供了硬件操作的接口，只是这些接口Linux并没有提供实现，因为这要根据具体的LCD控制器硬件进行设置，所以这就是我们要做的事情了(即xxxfb.c部分的实现)。

二 、Framebuffer 相关的重要数据结构：

1、从Framebuffer设备驱动程序结构看，该驱动主要跟fb_info结构体有关，该结构体记录了Framebuffer设备的全部信息，包括设备的设置参数、状态以及对底层硬件操作的函数指针。在Linux中，每一个Framebuffer设备都必须对应一个fb_info，fb_info在/linux/fb.h中的定义如下：(只列出重要的一些) 

 1 struct fb_info {
 2     atomic_t count;
 3     int node; ///次设备号
 4     int flags;
 5     struct mutex lock;  /* Lock for open/release/ioctl funcs *//用于open、release、ioctrl功能的锁
 6     struct mutex mm_lock;  /* Lock for fb_mmap and smem_* fields */
 7     struct fb_var_screeninfo var;  /* Current var *//LCD 可变参数
 8     struct fb_fix_screeninfo fix;   /* Current fix *///LCD 固定参数
 9     struct fb_monspecs monspecs;   /* Current Monitor specs *///LCD 显示器标准
10     struct work_struct queue;   /* Framebuffer event queue *///帧缓冲事件队列
11     struct fb_pixmap pixmap;   /* Image hardware mapper *////图像硬件 mapper
12     struct fb_pixmap sprite;   /* Cursor hardware mapper *///光标硬件 mapper
13     struct fb_cmap cmap;     /* Current cmap *///当前颜色表
14     struct list_head modelist;     /* mode list *///模式列表
15     struct fb_videomode *mode;   /* current mode *///当前的显示模式
16 
17 #ifdef CONFIG_FB_BACKLIGHT
18     /* assigned backlight device */
19     /* set before framebuffer registration, 
20        remove after unregister */
21     struct backlight_device *bl_dev;///对应的背光设备
22 
23     /* Backlight level curve */
24     struct mutex bl_curve_mutex;    
25     u8 bl_curve[FB_BACKLIGHT_LEVELS];///背光调整
26 #endif
27 #ifdef CONFIG_FB_DEFERRED_IO
28     struct delayed_work deferred_work;
29     struct fb_deferred_io *fbdefio;
30 #endif
31 
32     struct fb_ops *fbops;///---->对底层硬件设备操作的函数指针
33     struct device *device;     /* This is the parent *////父设备节点
34     struct device *dev;      /* This is this fb device *////当前的帧缓冲设备
35     int class_flag;               /* private sysfs flags */
36 #ifdef CONFIG_FB_TILEBLITTING
37     struct fb_tile_ops *tileops;  /* Tile Blitting *///图块Blitting ?
38 #endif
39     char __iomem *screen_base;   /* Virtual address *///虚拟地址
40     unsigned long screen_size;   /* Amount of ioremapped VRAM or 0 */ ///LCD IO映射的虚拟内存大小
41     void *pseudo_palette;       /* Fake palette of 16 colors *///伪16色 颜色表
42 #define FBINFO_STATE_RUNNING   0
43 #define FBINFO_STATE_SUSPENDED   1
44     u32 state;            /* Hardware state i.e suspend *////LCD 挂起或复位的状态
45     void *fbcon_par;                /* fbcon use-only private area */
46     /* From here on everything is device dependent */
47     void *par;
48     /* we need the PCI or similar aperture base/size not
49        smem_start/size as smem_start may just be an object
50        allocated inside the aperture so may not actually overlap */
51     struct apertures_struct {
52         unsigned int count;
53         struct aperture {
54             resource_size_t base;
55             resource_size_t size;
56         } ranges[0];
57     } *apertures;
58 
59     bool skip_vt_switch; /* no VT switch on suspend/resume required */
60 };

其中,fb_var_screeninfo和fb_fix_screeninfo两个结构体跟LCD硬件属性相关，fb_var_screeninfo代表可修改的LCD显示参数，如分辨率和像素比特数；fb_fix_screeninfo代表不可修改的LCD属性参数，如显示内存的物理地址和长度等。另外一个非常重要的成员是fb_ops，其是LCD底层硬件操作接口集。

         fb_ops硬件操作接口集包含很多接口，如设置可变参数fb_set_par、设置颜色寄存器fb_setcolreg、清屏接口fb_blank、画位图接口fb_imageblit、内存映射fb_mmap等等。

         fb_info结构体在调用register_framebuffer之前完成初始化。一般来说，LCD设备属于平台设备，其初始化是在平台设备驱动的probe接口完成。而LCD设备所涉及的硬件初始化则在平台设备初始化中完成。

 

2、fb_fix_screeninfo结构体主要记录用户不可以修改的控制器的参数，该结构体的定义如下：

 1 struct fb_fix_screeninfo {
 2     char id[16];            /* identification string eg "TT Builtin" *///字符串形式的标识符
 3     unsigned long smem_start;    /* Start of frame buffer mem *///fb 缓存的开始位置
 4                     /* (physical address) */
 5     __u32 smem_len;            /* Length of frame buffer mem *///fb 缓存的长度
 6     __u32 type;            /* see FB_TYPE_*        *////看FB_TYPE_* -->
 7     __u32 type_aux;            /* Interleave for interleaved Planes *///分界
 8     __u32 visual;            /* see FB_VISUAL_*        */ ///看FB_VISUAL_* -->
 9     __u16 xpanstep;            /* zero if no hardware panning  *///如果没有硬件panning就赋值为0
10     __u16 ypanstep;            /* zero if no hardware panning  *///如果没有硬件panning就赋值为0
11     __u16 ywrapstep;        /* zero if no hardware ywrap    *////如果没有硬件ywrap就赋值为0
12     __u32 line_length;        /* length of a line in bytes    *////一行的字节数
13     unsigned long mmio_start;    /* Start of Memory Mapped I/O   *///内存映射 IO的开始位置
14                     /* (physical address) */
15     __u32 mmio_len;            /* Length of Memory Mapped I/O  *///内存映射 IO的长度
16     __u32 accel;            /* Indicate to driver which    */
17                     /*  specific chip/card we have    */
18     __u16 capabilities;        /* see FB_CAP_*            *///功能 ---FB_CAP_FOURCC--- Device supports FOURCC-based formats
19     __u16 reserved[2];        /* Reserved for future compatibility *////为以后的兼容性保留
20 };

 

3、fb_var_screeninfo结构体主要记录用户可以修改的控制器的参数，比如屏幕的分辨率和每个像素的比特数等，该结构体定义如下：

 1 struct fb_var_screeninfo { ///显示屏信息
 2     __u32 xres;            /* visible resolution*//可视区域，一行有多少个像素点
 3     __u32 yres;            ///可视区域，一列有多少个像素点
 4     __u32 xres_virtual;  /* virtual resolution*//虚拟区域，一行有多少个像素点，简单的意思就是内存中定义的区间是比较大的
 5     __u32 yres_virtual;////虚拟区域，一列有多少个像素点
 6     __u32 xoffset;            /* offset from virtual to visible *//虚拟到可见屏幕之间的行偏移
 7     __u32 yoffset;            /* resolution *//虚拟到可见屏幕之间的列偏移
 8 
 9     __u32 bits_per_pixel; /* guess what*/ 每个像素的 bit 数，这个参数不需要自己配置，而是通过上层在调用 checkvar 函数传递 bpp 的时候赋值的
10     __u32 grayscale;        /* 0 = color, 1 = grayscale,*////等于零就成黑白 (灰度)
11                     /* >1 = FOURCC            */
12     // 通过 pixel per bpp 来设定 red green 和 blue 的位置； pixel per bpp 可以通过 ioctl 设定
13     struct fb_bitfield red;        /* bitfield in fb mem if true color, *//fb缓存的R位域
14     struct fb_bitfield green;    /* else only length is significant *//fb缓存的G位域
15     struct fb_bitfield blue;                                        //fb缓存的B位域
16     struct fb_bitfield transp;    /* transparency    */   ///透明
17 
18     __u32 nonstd;            /* != 0 Non standard pixel format *///如果nonstd 不等于0，非标准的像素格式
19 
20     __u32 activate;            /* see FB_ACTIVATE_*        */
21 
22     __u32 height;            /* height of picture in mm *////内存中的图像高度
23     __u32 width;            /* width of picture in mm *////内存中的图像宽度
24 
25     __u32 accel_flags;        /* (OBSOLETE) see fb_info.flags *////加速标志
26 
27     /* Timing: All values in pixclocks, except pixclock (of course) */
28     ///时序，这些部分就是显示器的显示方法了，和具体的液晶显示屏有关，在驱动中一般放在 具体液晶屏的配置文件 
29     __u32 pixclock;            /* pixel clock in ps (pico seconds) *///像素时钟
30     __u32 left_margin;        /* time from sync to picture    *////行切换，从同步到绘图之间的延迟
31     __u32 right_margin;        /* time from picture to sync    *///行切换，从绘图到同步之间的延迟
32     __u32 upper_margin;        /* time from sync to picture    *///帧切换，从同步到绘图之间的延迟
33     __u32 lower_margin;                                        ////帧切换，从绘图到同步之间的延迟
34     __u32 hsync_len;        /* length of horizontal sync    */ //水平同步的长度
35     __u32 vsync_len;        /* length of vertical sync    */ //垂直同步的长度
36     __u32 sync;            /* see FB_SYNC_*      *////---->看 FB_SYNC_*
37     __u32 vmode;            /* see FB_VMODE_*      *////---->看 FB_VMODE_*
38     __u32 rotate;            /* angle we rotate counter clockwise */
39     __u32 colorspace;        /* colorspace for FOURCC-based modes */
40     __u32 reserved[4];        /* Reserved for future compatibility */
41 };

 

4、fb_ops结构体是对底层硬件操作的函数指针，该结构体中定义了对硬件的操作有:

注： fb_ops结构与file_operations 结构不同，fb_ops是底层操作的抽象,而file_operations是提供给上层系统调用的接口，可以直接调用.

 1 struct fb_ops {
 2     /* open/release and usage marking */
 3     struct module *owner;
 4     int (*fb_open)(struct fb_info *info, int user);
 5     int (*fb_release)(struct fb_info *info, int user);
 7     /* For framebuffers with strange non linear layouts or that do not
 8      * work with normal memory mapped access
 9      */
10     ssize_t (*fb_read)(struct fb_info *info, char __user *buf,
11                size_t count, loff_t *ppos);
12     ssize_t (*fb_write)(struct fb_info *info, const char __user *buf,
13                 size_t count, loff_t *ppos);
15     /* checks var and eventually tweaks it to something supported,
16      * DO NOT MODIFY PAR */
17     int (*fb_check_var)(struct fb_var_screeninfo *var, struct fb_info *info);///检查可变参数并进行设置
19     /* set the video mode according to info->var */
20     int (*fb_set_par)(struct fb_info *info);///根据设置的值进行更新，使之有效
22     /* set color register */
23     int (*fb_setcolreg)(unsigned regno, unsigned red, unsigned green, ////设置颜色寄存器
24                 unsigned blue, unsigned transp, struct fb_info *info);
26     /* set color registers in batch */
27     int (*fb_setcmap)(struct fb_cmap *cmap, struct fb_info *info);
29     /* blank display */
30     int (*fb_blank)(int blank, struct fb_info *info);///显示空白
32     /* pan display */
33     int (*fb_pan_display)(struct fb_var_screeninfo *var, struct fb_info *info);
35     /* Draws a rectangle */
36     void (*fb_fillrect) (struct fb_info *info, const struct fb_fillrect *rect);///矩形填充
37     /* Copy data from area to another */
38     void (*fb_copyarea) (struct fb_info *info, const struct fb_copyarea *region);///复制数据
39     /* Draws a image to the display */
40     void (*fb_imageblit) (struct fb_info *info, const struct fb_image *image);///图形填充
42     /* Draws cursor */
43     int (*fb_cursor) (struct fb_info *info, struct fb_cursor *cursor);
45     /* Rotates the display */
46     void (*fb_rotate)(struct fb_info *info, int angle);
48     /* wait for blit idle, optional */
49     int (*fb_sync)(struct fb_info *info);
51     /* perform fb specific ioctl (optional) */
52     int (*fb_ioctl)(struct fb_info *info, unsigned int cmd,
53             unsigned long arg);
55     /* Handle 32bit compat ioctl (optional) */
56     int (*fb_compat_ioctl)(struct fb_info *info, unsigned cmd,
57             unsigned long arg);
59     /* perform fb specific mmap */
60     int (*fb_mmap)(struct fb_info *info, struct vm_area_struct *vma);
62     /* get capability given var */
63     void (*fb_get_caps)(struct fb_info *info, struct fb_blit_caps *caps,
64                 struct fb_var_screeninfo *var);
66     /* teardown any resources to do with this framebuffer */
67     void (*fb_destroy)(struct fb_info *info);
69     /* called at KDB enter and leave time to prepare the console */
70     int (*fb_debug_enter)(struct fb_info *info);
71     int (*fb_debug_leave)(struct fb_info *info);
72 };

 

5、fb_cmap：设备独立的 colormap 信息，可以通过 ioctl 的 FBIOGETCMAP 和 FBIOPUTCMAP 命令设置 colormap；

struct fb_cmap { //颜色映射表
    __u32 start;            /* First entry    *////第一个入口
    __u32 len;            /* Number of entries *///入口的数字
    __u16 *red;            /* Red values    *///红色
    __u16 *green;                        ///绿色
    __u16 *blue;                        ///蓝色
    __u16 *transp;            /* transparency, can be NULL *////透明度，允许为空
};

 

这些结构相互之间的关系如下所示：