FrameBuffer实例开发.docx
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FrameBuffer实例开发.docx
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FrameBuffer实例开发
一、开发环境
二、背景知识
帧缓冲(FrameBuffer):
帧缓冲是Linux为显示设备提供的一个接口,它把一些显示设备描述成一个缓冲区,允许应用程序通过FrameBuffer定义好的接口访问这些图形设备,从而不用去关心具体的硬件细节。
对于帧缓冲设备而言,只要在显示缓冲区与显示点对应的区域写入颜色值,对应的颜色就会自动的在屏幕上显示。
下面来看一下在不同色位模式下缓冲区与显示点的对应关系:
三、帧缓冲(FrameBuffer)设备驱动结构:
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。
1.帧缓冲设备驱动在Linux子系统中的结构如下:
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)。
2.帧缓冲相关的重要数据结构:
从帧缓冲设备驱动程序结构看,该驱动主要跟fb_info结构体有关,该结构体记录了帧缓冲设备的全部信息,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,每一个帧缓冲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)
structfb_info{
intnode;
intflags;
structfb_var_screeninfovar;/*LCD可变参数结构体*/
structfb_fix_screeninfofix;/*LCD固定参数结构体*/
structfb_monspecsmonspecs; /*LCD显示器标准*/
structwork_structqueue; /*帧缓冲事件队列*/
structfb_pixmappixmap; /*图像硬件mapper*/
structfb_pixmapsprite; /*光标硬件mapper*/
structfb_cmapcmap; /*当前的颜色表*/
structfb_videomode*mode; /*当前的显示模式*/
#ifdefCONFIG_FB_BACKLIGHT
structbacklight_device*bl_dev;/*对应的背光设备*/
structmutexbl_curve_mutex;
u8bl_curve[FB_BACKLIGHT_LEVELS];/*背光调整*/
#endif
#ifdefCONFIG_FB_DEFERRED_IO
structdelayed_workdeferred_work;
structfb_deferred_io*fbdefio;
#endif
structfb_ops*fbops;/*对底层硬件操作的函数指针*/
structdevice*device;
structdevice*dev; /*fb设备*/
intclass_flag;
#ifdefCONFIG_FB_TILEBLITTING
structfb_tile_ops*tileops;/*图块Blitting*/
#endif
char__iomem*screen_base; /*虚拟基地址*/
unsignedlongscreen_size; /*LCDIO映射的虚拟内存大小*/
void*pseudo_palette; /*伪16色颜色表*/
#defineFBINFO_STATE_RUNNING 0
#defineFBINFO_STATE_SUSPENDED 1
u32state; /*LCD的挂起或恢复状态*/
void*fbcon_par;
void*par;
};
其中,比较重要的成员有structfb_var_screeninfovar、structfb_fix_screeninfofix和structfb_ops*fbops,他们也都是结构体。
下面我们一个一个的来看。
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:
structfb_var_screeninfo{
__u32xres; /*可见屏幕一行有多少个像素点*/
__u32yres; /*可见屏幕一列有多少个像素点*/
__u32xres_virtual; /*虚拟屏幕一行有多少个像素点*/
__u32yres_virtual; /*虚拟屏幕一列有多少个像素点*/
__u32xoffset; /*虚拟到可见屏幕之间的行偏移*/
__u32yoffset; /*虚拟到可见屏幕之间的列偏移*/
__u32bits_per_pixel; /*每个像素的位数即BPP*/
__u32grayscale; /*非0时,指的是灰度*/
structfb_bitfieldred; /*fb缓存的R位域*/
structfb_bitfieldgreen; /*fb缓存的G位域*/
structfb_bitfieldblue; /*fb缓存的B位域*/
structfb_bitfieldtransp; /*透明度*/
__u32nonstd; /*!
=0非标准像素格式*/
__u32activate;
__u32height; /*高度*/
__u32width; /*宽度*/
__u32accel_flags;
/*定时:
除了pixclock本身外,其他的都以像素时钟为单位*/
__u32pixclock; /*像素时钟(皮秒)*/
__u32left_margin; /*行切换,从同步到绘图之间的延迟*/
__u32right_margin; /*行切换,从绘图到同步之间的延迟*/
__u32upper_margin; /*帧切换,从同步到绘图之间的延迟*/
__u32lower_margin; /*帧切换,从绘图到同步之间的延迟*/
__u32hsync_len; /*水平同步的长度*/
__u32vsync_len; /*垂直同步的长度*/
__u32sync;
__u32vmode;
__u32rotate;
__u32reserved[5]; /*保留*/
};
而fb_fix_screeninfo结构体又主要记录用户不可以修改的控制器的参数,比如屏幕缓冲区的物理地址和长度等,该结构体的定义如下:
structfb_fix_screeninfo{
charid[16]; /*字符串形式的标示符*/
unsignedlongsmem_start; /*fb缓存的开始位置*/
__u32smem_len; /*fb缓存的长度*/
__u32type; /*看FB_TYPE_**/
__u32type_aux; /*分界*/
__u32visual; /*看FB_VISUAL_**/
__u16xpanstep; /*如果没有硬件panning就赋值为0*/
__u16ypanstep; /*如果没有硬件panning就赋值为0*/
__u16ywrapstep; /*如果没有硬件ywrap就赋值为0*/
__u32line_length; /*一行的字节数*/
unsignedlongmmio_start; /*内存映射IO的开始位置*/
__u32mmio_len; /*内存映射IO的长度*/
__u32accel;
__u16reserved[3]; /*保留*/
};
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:
(这里只列出了常用的操作)
structfb_ops{
structmodule*owner;
//检查可变参数并进行设置
int(*fb_check_var)(structfb_var_screeninfo*var,structfb_info*info);
//根据设置的值进行更新,使之有效
int(*fb_set_par)(structfb_info*info);
//设置颜色寄存器
int(*fb_setcolreg)(unsignedregno,unsignedred,unsignedgreen,
unsignedblue,unsignedtransp,structfb_info*info);
//显示空白
int(*fb_blank)(intblank,structfb_info*info);
//矩形填充
void(*fb_fillrect)(structfb_info*info,conststructfb_fillrect*rect);
//复制数据
void(*fb_copyarea)(structfb_info*info,conststructfb_copyarea*region);
//图形填充
void(*fb_imageblit)(structfb_info*info,conststructfb_image*image);
};
3.帧缓冲设备作为平台设备:
在S3C2440中,LCD控制器被集成在芯片的内部作为一个相对独立的单元,所以Linux把它看做是一个平台设备,故在内核代码/arch/arm/plat-s3c24xx/devs.c中定义有LCD相关的平台设备及资源,代码如下:
/*LCDController*/
//LCD控制器的资源信息
staticstructresources3c_lcd_resource[]={
[0]={
.start=S3C24XX_PA_LCD,//控制器IO端口开始地址
.end=S3C24XX_PA_LCD+S3C24XX_SZ_LCD-1,//控制器IO端口结束地址
.flags=IORESOURCE_MEM,//标识为LCD控制器IO端口,在驱动中引用这个就表示引用IO端口
},
[1]={
.start=IRQ_LCD,//LCD中断
.end=IRQ_LCD,
.flags=IORESOURCE_IRQ,//标识为LCD中断
}
};
staticu64s3c_device_lcd_dmamask=0xffffffffUL;
structplatform_devices3c_device_lcd={
.name ="s3c2410-lcd",//作为平台设备的LCD设备名
.id =-1,
.num_resources =ARRAY_SIZE(s3c_lcd_resource),//资源数量
.resource =s3c_lcd_resource,//引用上面定义的资源
.dev={
.dma_mask =&s3c_device_lcd_dmamask,
.coherent_dma_mask =0xffffffffUL
}
};
EXPORT_SYMBOL(s3c_device_lcd);//导出定义的LCD平台设备,好在mach-smdk2440.c的smdk2440_devices[]中添加到平台设备列表中
除此之外,Linux还在/arch/arm/mach-s3c2410/include/mach/fb.h中为LCD平台设备定义了一个s3c2410fb_mach_info结构体,该结构体主要是记录LCD的硬件参数信息(比如该结构体的s3c2410fb_display成员结构中就用于记录LCD的屏幕尺寸、屏幕信息、可变的屏幕参数、LCD配置寄存器等),这样在写驱动的时候就直接使用这个结构体。
下面,我们来看一下内核是如果使用这个结构体的。
在/arch/arm/mach-s3c2440/mach-smdk2440.c中定义有:
/*LCDdriverinfo*/
//LCD硬件的配置信息,注意这里我使用的LCD是NEC3.5寸TFT屏,这些参数要根据具体的LCD屏进行设置
staticstructs3c2410fb_displaysmdk2440_lcd_cfg__initdata={
//这个地方的设置是配置LCD寄存器5,这些宏定义在regs-lcd.h中,计算后二进制为:
111111111111,然后对照数据手册上LCDCON5的各位来看,注意是从右边开始
.lcdcon5 =S3C2410_LCDCON5_FRM565|
S3C2410_LCDCON5_INVVLINE|
S3C2410_LCDCON5_INVVFRAME|
S3C2410_LCDCON5_PWREN|
S3C2410_LCDCON5_HWSWP,
.type =S3C2410_LCDCON1_TFT,//TFT类型
/*NEC3.5''*/
.width =240,//屏幕宽度
.height =320,//屏幕高度
//以下一些参数在上面的时序图分析中讲到过,各参数的值请跟据具体的LCD屏数据手册结合上面时序分析来设定
.pixclock =100000,//像素时钟
.xres =240,//水平可见的有效像素
.yres =320,//垂直可见的有效像素
.bpp =16,//色位模式
.left_margin =19,//行切换,从同步到绘图之间的延迟
.right_margin =36,//行切换,从绘图到同步之间的延迟
.hsync_len =5,//水平同步的长度
.upper_margin =1,//帧切换,从同步到绘图之间的延迟
.lower_margin =5,//帧切换,从绘图到同步之间的延迟
.vsync_len =1,//垂直同步的长度
};
staticstructs3c2410fb_mach_infosmdk2440_fb_info__initdata={
.displays =&smdk2440_lcd_cfg,//应用上面定义的配置信息
.num_displays =1,
.default_display=0,
.gpccon =0xaaaa555a,//将GPC0、GPC1配置成LEND和VCLK,将GPC8-15配置成VD0-7,其他配置成普通输出IO口
.gpccon_mask =0xffffffff,
.gpcup =0x0000ffff,//禁止GPIOC的上拉功能
.gpcup_mask =0xffffffff,
.gpdcon =0xaaaaaaaa,//将GPD0-15配置成VD8-23
.gpdcon_mask =0xffffffff,
.gpdup =0x0000ffff,//禁止GPIOD的上拉功能
.gpdup_mask =0xffffffff,
.lpcsel =0x0,//这个是三星TFT屏的参数,这里不用
};
注意:
可能有很多朋友不知道上面红色部分的参数是做什么的,其值又是怎么设置的?
其实它是跟你的开发板LCD控制器密切相关的,看了下面两幅图相信就大概知道他们是干什么用的:
上面第一幅图是开发板原理图的LCD控制器部分,第二幅图是S3c2440数据手册中IO端口C和IO端口D控制器部分。
原理图中使用了GPC8-15和GPD0-15来用做LCD控制器VD0-VD23的数据端口,又分别使用GPC0、GPC1端口用做LCD控制器的LEND和VCLK信号,对于GPC2-7则是用做STN屏或者三星专业TFT屏的相关信号。
然而,S3C2440的各个IO口并不是单一的功能,都是复用端口,要使用他们首先要对他们进行配置。
所以上面红色部分的参数就是把GPC和GPD的部分端口配置成LCD控制功能模式。
从以上讲述的内容来看,要使LCD控制器支持其他的LCD屏,重要的是根据LCD的数据手册修改以上这些参数的值。
下面,我们再看一下在驱动中是如果引用到s3c2410fb_mach_info结构体的(注意上面讲的是在内核中如何使用的)。
在mach-smdk2440.c中有:
//S3C2440初始化函数
staticvoid__initsmdk2440_machine_init(void)
{
//调用该函数将上面定义的LCD硬件信息保存到平台数据中
s3c24xx_fb_set_platdata(&smdk2440_fb_info);
s3c_i2c0_set_platdata(NULL);
platform_add_devices(smdk2440_devices,ARRAY_SIZE(smdk2440_devices));
smdk_machine_init();
}
s3c24xx_fb_set_platdata定义在plat-s3c24xx/devs.c中:
void__inits3c24xx_fb_set_platdata(structs3c2410fb_mach_info*pd)
{
structs3c2410fb_mach_info*npd;
npd=kmalloc(sizeof(*npd),GFP_KERNEL);
if(npd){
memcpy(npd,pd,sizeof(*npd));
//这里就是将内核中定义的s3c2410fb_mach_info结构体数据保存到LCD平台数据中,所以在写驱动的时候就可以直接在平台数据中获取s3c2410fb_mach_info结构体的数据(即LCD各种参数信息)进行操作
s3c_device_lcd.dev.platform_data=npd;
}else{
printk(KERN_ERR"nomemoryforLCDplatformdata\n");
}
}
这里再讲一个小知识:
不知大家有没有留意,在平台设备驱动中,platform_data可以保存各自平台设备实例的数据,但这些数据的类型都是不同的,为什么都可以保存?
这就要看看platform_data的定义,定义在/linux/device.h中,void*platform_data是一个void类型的指针,在Linux中void可保存任何数据类型。
四、帧缓冲(FrameBuffer)设备驱动实例代码:
①、建立驱动文件:
my2440_lcd.c,依就是驱动程序的最基本结构:
FrameBuffer驱动的初始化和卸载部分及其他,如下:
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#incl
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