【Linux】Framebuffer 应用

# 前置知识

LCD 操作原理

• 在 Linux 系统中通过 Framebuffer 驱动程序来控制 LCD。 Frame 是帧的意思， buffer 是缓冲的意思，这意味着 Framebuffer 就是一块内存，里面保存着一帧图像。 Framebuffer 中保存着一帧图像的每一个像素颜色值，假设 LCD 的分辨率是 1024x768，每一个像素的颜色用 32 位来表示，那么 Framebuffer 的大小就是： 1024x768x32/8=3145728 字节。

• 假设需要设置 LCD 中坐标(x,y)处像素的颜色，首要要找到这个像素对应的内存，然后根据它的 BPP(像素深度 bits per pixel) 值设置颜色。假设 fb_base 是 APP 执行 mmap 后得到的 Framebuffer 地址，可以用以下公式算出(x,y)坐标处像素对应的 Framebuffer 地址：

(x， y)像素起始地址=fb_base+(xres*bpp/8)*y + x*bpp/8

• 对于 32BPP，一般只设置其中的低 24 位，高 8 位表示透明度，一般的 LCD都不支持。
  对于 24BPP，硬件上为了方便处理，在 Framebuffer 中也是用 32 位来表示，效果跟 32BPP 是一样的。
  对于 16BPP，常用的是 RGB565；

API 函数 

• ioctl 函数

        ioctl 是设备驱动程序中设备控制接口函数，一个字符设备驱动通常会实现设备打开、关闭、读、写等功能，在一些需要细分的情境下，如果需要扩展新的功能，通常以增设 ioctl() 命令的方式实现。

int ioctl(int fd, unsigned long request, ...);

函数参数：

返回值： 

EBADF d is not a valid descriptor. 
EFAULT argp references an inaccessible memory area. 
EINVAL Request or argp is not valid. 
ENOTTY d is not associated with a character special device. 
ENOTTY The specified request does not apply to the kind of object that the descriptor d references. 

•  mmap函数

void *mmap(void *addr, size_t length, int prot, int flags,int fd, off_t offset);

函数参数：

返回值： 

• 返回值类型：int
• 若成功映射，将返回指向映射的区域的指针，失败将返回-1

 # 结构体详解

struct fb_fix_screeninfo主要用于获取FrameBuffer的固定信息，这些信息无法在应用层被更改，只能通过ioctl函数使用FBIOGET_FSCREENINFO去获取。

struct fb_fix_screeninfo定义

struct fb_fix_screeninfo {
	char id[16];			/* identification string eg "TT Builtin" */
	unsigned long smem_start;	/* Start of frame buffer mem (physical address) */
	__u32 smem_len;			/* Length of frame buffer mem	*/
	__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    */
	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 */
};

 struct fb_fix_screeninfo字段说明

表格中提到的宏如FB_TYPE_PACKED_PIXELS、FB_VISUAL_TRUECOLOR、FB_ACCEL_NONE请查看 /usr/include/linux/fb.h 的相关定义。

 struct fb_var_screeninfo定义

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 = 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 reserved[5];		/* Reserved for future compatibility */
};

struct fb_var_screeninfo字段说明

表格中提到的宏和结构体请查看 /usr/include/linux/fb.h 的相关定义。

获取 fb_fix_screeninfo和fb_var_screeninfo信息

#include <sys/mman.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <unistd.h>
#include <linux/fb.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <sys/ioctl.h>

/* fb_var_screeninfo info */
static int fd_fb;
static struct fb_var_screeninfo var;
static int screen_size;
static unsigned char *fb_base;
static unsigned int line_width;
static unsigned int pixel_width;

/* fb_fix_screeninfo info */
static struct fb_var_screeninfo finfo;

int main(int argc, char **argv)
{
	int i;
	
	fd_fb = open("/dev/fb0", O_RDWR);
	if (fd_fb < 0)
	{
		printf("can't open /dev/fb0\n");
		return -1;
	}

	if (ioctl(fd_fb, FBIOGET_VSCREENINFO, &var))
	{
		printf("can't get var\n");
		return -1;
	}

    if (ioctl(fd_fb, FBIOGET_FSCREENINFO, &finfo) < 0)
    {
        fprintf(stderr, "ioctl FBIOGET_FSCREENINFO err \r\n");
        return -1;
    }

	line_width  = var.xres * var.bits_per_pixel / 8;
	pixel_width = var.bits_per_pixel / 8;
	screen_size = var.xres * var.yres * var.bits_per_pixel / 8;

    /* 映射 Framebuffer */
	fb_base = (unsigned char *)mmap(NULL , screen_size, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd_fb, 0);
	if (fb_base == (unsigned char *)-1)
	{
		printf("can't mmap\n");
		return -1;
	}

	munmap(fb_base , screen_size);
	close(fd_fb);
	
	return 0;	
}