lcd 帧设备驱动（一）

lcd 帧缓冲（framebuffer）机制：
  上层应用直接对缓冲区读写，从而对屏幕显示点操作。
这种接口采用mmap系统调用，将显示设备抽象为帧缓冲区。用户可以将它看成是显示内存的一个映像，将其映射到进程地址

空间以后，就可以直接进行读写操作了，而写操作可以立即反映在屏幕上。帧缓冲驱动程序是最重要的驱动程序之一。

帧缓冲设备驱动的工作：设定物理显示缓冲区的具体位置及存放方式。

帧缓冲区设备：字符设备 主设备号 29 对应于/dev/fbn设备文件

通常，使用如下方式（前面的数字表示次设备号）
  0 = /dev/fb0 第一个fb 设备
  1 = /dev/fb1 第二个fb 设备

fb 也是一种普通的内存设备，可以读写其内容。例如，屏幕抓屏：cp /dev/fb0 myfilefb 虽然可以像内存设备（/dev/mem

）一样，对其read,write,seek 以及mmap。但区别在于fb 使用的不是整个内存区，而是显存部分。

对于用户程序而言，它和其他的设备并没有什么区别，用户可以把fb看成是一块内存，既可以向内存中写数据，也可以读数

据。fb的显示缓冲区位于内核空间，应用程序可以把此空间映射到自己的用户空间，在进行操作。

在应用程序中，操作/dev/fbn的一般步骤如下：
（1）打开/dev/fbn设备文件。
（2）用ioctl()操作取得当前显示屏幕的参数，如屏幕分辨率、每
个像素点的比特数。根据屏幕参数可计算屏幕缓冲区的大小。
（3）用mmap()函数，将屏幕缓冲区映射到用户空间。
（4）映射后就可以直接读/写屏幕缓冲区，进行绘图和图片显示了。

fb设备驱动的源码主要在Fb.h (linux2.6.28\include\linux)和Fbmem.c (linux2.6.28\drivers\video)两个文件中，它们

是fb设备驱动的中间层，为上层提供系统调用，为底层驱动提供接口。

关键的数据结构体： fb_info  包括设备的设置参数，状态，以及操作函数的指针。
一个帧缓冲区对应一个struct fb_info结构，它包括了帧缓冲设备的属性和操作的完整集合，每个帧设备都有一个fb_info

结构体。
struct fb_info {
int node;
int flags;
struct mutex lock;/* Lock for open/release/ioctl funcs */互斥锁，用于ioctrl/open/release的锁。

//记录用户可以修改的显示控制参数，包括屏幕分辨率和每个像素的比特数
struct fb_var_screeninfo var;/* Current var */当前缓冲区的可变参数
struct fb_fix_screeninfo fix;/* Current fix */固定参数
struct fb_monspecs monspecs;/* Current Monitor specs */当前显示器标志
struct work_struct queue;/* Framebuffer event queue */帧缓冲事件队列
struct fb_pixmap pixmap;/* Image hardware mapper */图像硬件mapper
struct fb_pixmap sprite;/* Cursor hardware mapper */光标硬件mapper
struct fb_cmap cmap;/* Current cmap */当前的调色板，即颜色表。
struct list_head modelist;      /* mode list */
struct fb_videomode *mode;/* current mode */当前的视频模式

#ifdef CONFIG_FB_BACKLIGHT如果配置了LCD支持背光灯
/* assigned backlight device */
/* set before framebuffer registration,  remove after unregister */背光调整
//对应的背光设备
struct backlight_device *bl_dev;
/* Backlight level curve */
背光调整
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;帧缓冲操作函数集

struct device *device;/* This is the parent */父设备
struct device *dev;/* This is this fb device */fb设备

int class_flag;                    /* private sysfs flags */私有的sysfs标志
#ifdef CONFIG_FB_TILEBLITTING
struct fb_tile_ops *tileops;    /* Tile Blitting */图块blitting
#endif

char __iomem *screen_base;/* Virtual address */虚拟基地址
unsigned long screen_size;/* Amount of ioremapped VRAM or 0 */ ioremap的虚拟内存大小
void *pseudo_palette;/* Fake palette of 16 colors */ 伪16位调色板
#define FBINFO_STATE_RUNNING  0
#define FBINFO_STATE_SUSPENDED  1
u32 state;  /* Hardware state i.e suspend */硬件的状态，如挂起
void *fbcon_par;                /* fbcon use-only private area */
/* From here on everything is device dependent */
void *par;
 };

fb_ops结构体用来实现对帧缓冲设备的操作，这些函数需要驱动开发人员编写，

struct fb_ops {
/* open/release and usage marking */
struct module *owner;
 
          打开和释放
int (*fb_open)(struct fb_info *info, int user);
 
int (*fb_release)(struct fb_info *info, int user);

          这两个函数对于非线性布局的/常规内存映射无法工作的帧缓冲设备需要
/* For framebuffers with strange non linear layouts or that do not
* work with normal memory mapped access
*/
ssize_t (*fb_read)(struct fb_info *info, char __user *buf,
  size_t count, loff_t *ppos);
ssize_t (*fb_write)(struct fb_info *info, const char __user *buf,
   size_t count, loff_t *ppos);

           检测可变参数，并调整到支持的值，用于检查可以修改的屏幕参数并调到适当的值
/* checks var and eventually tweaks it to something supported,
* DO NOT MODIFY PAR */
int (*fb_check_var)(struct fb_var_screeninfo *var, struct fb_info *info);

            根据info->var设置视频模式，  使得用户设置的屏幕参数在硬件上有效
/* set the video mode according to info->var */
int (*fb_set_par)(struct fb_info *info);

           设置color寄存器的值
/* set color register */
int (*fb_setcolreg)(unsigned regno, unsigned red, unsigned green,
   unsigned blue, unsigned transp, struct fb_info *info);

            批量设置color寄存器，设置颜色表
/* set color registers in batch */
int (*fb_setcmap)(struct fb_cmap *cmap, struct fb_info *info);

          显示空白
/* blank display */
int (*fb_blank)(int blank, struct fb_info *info);

          pan显示
/* pan display */
int (*fb_pan_display)(struct fb_var_screeninfo *var, struct fb_info *info);

          填充矩形
/* Draws a rectangle */
void (*fb_fillrect) (struct fb_info *info, const struct fb_fillrect *rect);
 
            数据复制
/* Copy data from area to another */
void (*fb_copyarea) (struct fb_info *info, const struct fb_copyarea *region);
 
           图形填充
/* Draws a image to the display */
void (*fb_imageblit) (struct fb_info *info, const struct fb_image *image);

           绘制光标
/* Draws cursor */
int (*fb_cursor) (struct fb_info *info, struct fb_cursor *cursor);

            旋转显示
/* Rotates the display */
void (*fb_rotate)(struct fb_info *info, int angle);

            等待blit空闲
/* wait for blit idle, optional */
int (*fb_sync)(struct fb_info *info);

             fb特定的ioctl操作
/* perform fb specific ioctl (optional) */
int (*fb_ioctl)(struct fb_info *info, unsigned int cmd,
unsigned long arg);

              处理32兼容的ioctl操作
/* Handle 32bit compat ioctl (optional) */
int (*fb_compat_ioctl)(struct fb_info *info, unsigned cmd,
unsigned long arg);

             fb特定的mmap操作
/* perform fb specific mmap */
int (*fb_mmap)(struct fb_info *info, struct vm_area_struct *vma);

           保存目前的硬件状态
/* save current hardware state */
void (*fb_save_state)(struct fb_info *info);

            恢复被保存的硬件状态
/* restore saved state */
void (*fb_restore_state)(struct fb_info *info);

           通过fb_info获得framebuffer的能力
/* get capability given var */
void (*fb_get_caps)(struct fb_info *info, struct fb_blit_caps *caps,
   struct fb_var_screeninfo *var);
};

fb_var_screeninfo结构体中存储了用户可以修改的显示器控制参数，例如屏幕分辨率、透明度等等。

struct fb_var_screeninfo {
__u32 xres;  /* visible resolution可见解析度  */
__u32 yres;       可见解析度，即分辨率,一个屏幕的行列有多少个点，而bits_per_pixel 定义每个点多少个字节

__u32 xres_virtual;/* virtual resolution  */
__u32 yres_virtual;      虚拟解析度

__u32 xoffset;/* offset from virtual to visible */
__u32 yoffset;/* resolution  */       虚拟到可见之间的偏移

__u32 bits_per_pixel;/* guess what  */ 每像素位数，BPP
__u32 grayscale;/* != 0 Graylevels instead of colors *   非0时指灰度

struct fb_bitfield red;/* bitfield in fb mem if true color, */
struct fb_bitfield green;/* else only length is significant */
struct fb_bitfield blue;        fb缓存的R\G\B位域
struct fb_bitfield transp;/* transparency  */透明度

__u32 nonstd;  /* != 0 Non standard pixel format */   != 0 非标准像素格式

__u32 activate;/* see FB_ACTIVATE_*  */
 
      
__u32 height;  /* height of picture in mm    *     屏幕的高度
__u32 width;  /* width of picture in mm     */      屏幕的宽度
__u32 accel_flags;/* (OBSOLETE) see fb_info.flags */ fb_info的标志

/* Timing: All values in pixclocks, except pixclock (of course) */
__u32 pixclock;/* pixel clock in ps (pico seconds) */  /* 像素时钟（皮秒） */
__u32 left_margin;/* time from sync to picture  */ 行切换：从同步到绘图之间的延迟
__u32 right_margin;/* time from picture to sync  */ 行切换：从绘图到同步之间的延迟
__u32 upper_margin;/* time from sync to picture  */   帧切换：从同步到绘图之间的延迟
__u32 lower_margin;帧切换：从绘图到同步之间的延迟
__u32 hsync_len;/* length of horizontal sync  */水平同步的长度
__u32 vsync_len;/* length of vertical sync  */垂直同步的长度
__u32 sync;  /* see FB_SYNC_*  */
__u32 vmode;  /* see FB_VMODE_*  */
__u32 rotate;  /* angle we rotate counter clockwise */顺时钟旋转的角度
__u32 reserved[5];/* Reserved for future compatibility */
};

 

fb_fix_screeninfo结构体中，记录了用户不能修改的固定显示控制器参数。这些固定的参数如缓冲区的物理地址、缓冲区

的长度等等。当对帧设备进行映射操作的时候，就是从 fb_fix_screeninfo取得的缓冲区的物理地址。
struct fb_fix_screeninfo {
char id[16];  /* identification string eg "TT Builtin" */字符串形式的标识符
unsigned long smem_start;/* Start of frame buffer mem *//* (physical address) */  fb缓存的开始位置
__u32 smem_len;/* Length of frame buffer mem *     fb缓存的长度
__u32 type;  /* see FB_TYPE_*  *   FB_TYPE_*类型
__u32 type_aux;/* Interleave for interleaved Planes */ 分界
__u32 visual;  /* see FB_VISUAL_*  */ 屏幕使用的色彩模式 linux中支持的有真色彩 伪色彩灰度显示等

__u16 xpanstep;/* zero if no hardware panning  */ 如果没有硬件panning ，赋0

__u16 ypanstep;/* zero if no hardware panning  */

__u16 ywrapstep;/* zero if no hardware ywrap    */    1行的字节数

__u32 line_length;/* length of a line in bytes    */    内存映射I/O的开始位置

unsigned long mmio_start;/* Start of Memory Mapped I/O   *//* (physical address) */ 内存映射I/O的长度
__u32 mmio_len;/* Length of Memory Mapped I/O  */
__u32 accel;  /* Indicate to driver which  */
/*  specific chip/card we have*/
__u16 reserved[3];/* Reserved for future compatibility */
};

fb_bitfield 结构体描述每一像素显示缓冲区的组织方式，包含位域偏移、位域长度和MSB 指示，

struct fb_bitfield {
__u32 offset;  /* beginning of bitfield  */  位域偏移
__u32 length;  /* length of bitfield  */位域长度
__u32 msb_right;/* != 0 : Most significant bit is */ /* right */  MSB
};

fb_cmap结构体中记录了颜色板信息，即调色板信息。，用户空间可以通过ioctl()的FBIOGETCMAP和 FBIOPUTCMAP命令读取

或设定颜色表。

struct fb_cmap {
__u32 start;  /* First entry  */第一个元素的入口
__u32 len;  /* Number of entries */元素个数
__u16 *red;  /* Red values  */红色、绿色、蓝色
__u16 *green; 
__u16 *blue;
__u16 *transp;/* transparency, can be NULL */透明度
};