LCD驱动程序——Framebuffer应用编程

这篇具有很好参考价值的文章主要介绍了LCD驱动程序——Framebuffer应用编程。希望对大家有所帮助。如果存在错误或未考虑完全的地方,请大家不吝赐教,您也可以点击"举报违法"按钮提交疑问。

1.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。LCD的操作原理:

  1. 驱动程序设置好 LCD 控制器:
    根据 LCD 的参数设置 LCD 控制器的时序、信号极性;
    根据 LCD 分辨率、 BPP 分配 Framebuffer
  2. APP 使用 ioctl 获得 LCD 分辨率、 BPP
  3. APP 通过 mmap 映射 Framebuffer ,在 Framebuffer 中写入数据

LCD驱动程序——Framebuffer应用编程,Linux系统应用,linux

        bpp:每个像素用多少位来表示它的颜色
        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 值设置颜色。假设 fb_base APP 执行 mmap 后得到的 Framebuffer 地址,如图
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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
最后一个要解决的问题就是像素的颜色怎么表示?它是用 RGB 三原色 ( 红、绿、 蓝) 来表示的,在不同的 BPP 格式中,用不同的位来分别表示 R G B ,如图 所示:
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        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 ;很少的场合会用到 RGB555 ,这可以通过 ioctl 读取驱动程序中的 RGB 位偏移来确定使用哪一种格式。

2.涉及的 API 函数

        open 打开 LCD 设备节点
        ioctl  获取LCD黑色版分辨率等参数
        mmap  映射 Framebuffer
        最后实现描点函数。

2.1 open 函数

        在 Ubuntu 中执行“ man 2 open ”,可以看到 open 函数的说明。
        头文件:
  
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>

        函数原型:

int open(const char *pathname, int flags);
int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode);

        函数说明:

  1. pathname 表示打开文件的路径;
  2. Flags 表示打开文件的方式,常用的有以下 6 种,
    O_RDWR 表示可读可写方式打开 ;
    O_RDONLY 表示只读方式打开 ;
    O_WRONLY 表示只写方式打开 ;
    O_APPEND 表示如果这个文件中本来是有内容的,则新写入的内容会接续到原来内容的后面;
    O_TRUNC 表示如果这个文件中本来是有内容的,则原来的内容会被丢弃,截断;
    O_CREAT 表示当前打开文件不存在,我们创建它并打开它,通常与 O_EXCL 结合使用,当没有文件时创建文件,有这个文件时会报错提醒我们;
  3. Mode 表示创建文件的权限,只有在 flags 中使用了 O_CREAT 时才有效,否则忽略。
  4. 返回值:打开成功返回文件描述符,失败将返回 -1

2.2 ioctl 函数

         Ubuntu 中执行“ man ioctl ”,可以看到 ioctl 函数的说明。
        头文件:
#include <sys/ioctl.h>

        函数原型:

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

        函数说明:

  1. fd 表示文件描述符;
  2. request 表示与驱动程序交互的命令,用不同的命令控制驱动程序输出我们需要的数据;
  3. 表示可变参数 arg ,根据 request 命令,设备驱动程序返回输出的数据。
  4. 返回值:打开成功返回文件描述符,失败将返回 -1
        ioctl 的作用非常强大、灵活。不同的驱动程序内部会实现不同的 ioctl, APP 可以使用各种 ioctl 跟驱动程序交互:可以传数据给驱动程序,也可以从驱动程序中读出数据。

2.3 mmap 函数

        在 Ubuntu 中执行“ man mmap ”,可以看到 mmap 函数的说明;
        头文件:
       
#include <sys/mman.h>

        函数原型:

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

        函数说明:

  1. addr 表示指定映射的內存起始地址,通常设为 NULL 表示让系统自动选定地址,并在成功映射后返回该地址;
  2. length 表示将文件中多大的内容映射到内存中;
  3. prot 表示映射区域的保护方式,可以为以下 4 种方式的组合
    PROT_EXEC 映射区域可被执行
    PROT_READ 映射区域可被读出
    PROT_WRITE 映射区域可被写入
    PROT_NONE 映射区域不能存取
  4. Flags 表示影响映射区域的不同特性,常用的有以下两种
    MAP_SHARED 表示对映射区域写入的数据会复制回文件内,原来的文件会改变。
    MAP_PRIVATE 表示对映射区域的操作会产生一个映射文件的复制,对此区域的任何修改都不会写回原来的文件内容中。
  5. 返回值:若成功映射,将返回指向映射的区域的指针,失败将返回 -1

3.Framebuffer 程序分析

3.1 打开设备节点

fd_fb = open("/dev/fb0", O_RDWR);//打开设备节点
if (fd_fb < 0)
{
	printf("can't open /dev/fb0\n");
	return -1;
}

3.2 获取 LCD 参数

        LCD 驱动程序给 APP 提供 2 类参数:可变的参数 fb_var_screeninfo 、固定的参数 fb_fix_screeninfo 。编写应用程序时主要关心可变参数,它的结构体定义如下(#include <linux/fb.h>)

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可以使用以下代码获取 fb_var_screeninfo
static struct fb_var_screeninfo var;	/* Current var */
if (ioctl(fd_fb, FBIOGET_VSCREENINFO, &var))
{
	printf("can't get var\n");
	return -1;
}
注意到 ioctl 里用的参数是: FBIOGET_VSCREENINFO ,它表示 get var screen info,获得屏幕的可变信息;当然也可以使用 FBIOPUT_VSCREENINFO 来调整这些参数,但是很少用到。
对于固定的参数 fb_fix_screeninfo,在应用编程中很少用到。它的结构体定义如下:
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可以使用 ioctl FBIOGET_FSCREENINFO 来读出这些信息,但是很少用到。

3.3 映射 Framebuffer

        要映射一块内存,需要知道它的地址──这由驱动程序来设置,需要知道它的大小──这由应用程序决定。代码如下:
line_width  = var.xres * var.bits_per_pixel / 8;//屏幕宽度大小(多少个字节)
pixel_width = var.bits_per_pixel / 8;//一个像素大小(多少个字节)
screen_size = var.xres * var.yres * var.bits_per_pixel / 8; //屏幕大小(多少个字节)
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;
}
        screen_size 是整个 Framebuffer 的大小; PROT_READ | PROT_WRITE 表示该区域可读、可写; MAP_SHARED 表示该区域是共享的, APP 写入数据时,会直达驱动程序,这个参数的更深刻理解可以参考后面驱动基础中讲到的 mmap 知识。

3.4 描点函数

能够在 LCD 上描绘指定像素后,就可以写字、画图,描点函数是基础。代码如下:
 //传入的 color 表示颜色,它的格式永远是 0x00RRGGBB,即 RGB888。当 LCD 是 16bpp 时,要把 color 变量中的 R、G、B 抽出来再合并成 RGB565 格式
void lcd_put_pixel(int x, int y, unsigned int color)
{
	unsigned char *pen_8 = fb_base+y*line_width+x*pixel_width;//计算要显示的坐标fb_base(原地址)y*line_width+x*pixel_width(偏移地址)
	unsigned short *pen_16;	
	unsigned int *pen_32;	

	unsigned int red, green, blue;	

	pen_16 = (unsigned short *)pen_8;
	pen_32 = (unsigned int *)pen_8;

	switch (var.bits_per_pixel)
	{
		case 8:
		{
			*pen_8 = color;//对于 8bpp,color 就不再表示 RBG 三原色了,这涉及调色板的概念,color 是调色板的值。
			break;
		}
		case 16:
		{
			/* 565 */
			red   = (color >> 16) & 0xff; //32位red数据是:16~24  24~32没用
			green = (color >> 8) & 0xff;  //32位green数据是:8~16
			blue  = (color >> 0) & 0xff;  //32位blue数据是:0~8
			//总共16位:红保留高5位放在11~16,绿保留高6位放在5~11,蓝保留高5位放在0~5
			color = ((red >> 3) << 11) | ((green >> 2) << 5) | (blue >> 3);
			*pen_16 = color;//将计算的位置坐标显示该颜色
			break;
		}
		case 32:
		{
			*pen_32 = color;//对于 32bpp,颜色格式跟 color 参数一致,可以直接写入Framebuffer。
			break;
		}
		default:
		{
			printf("can't surport %dbpp\n", var.bits_per_pixel);
			break;
		}
	}
}

3.5 随便画几个点的完整程序

#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>

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

 //传入的 color 表示颜色,它的格式永远是 0x00RRGGBB,即 RGB888。当 LCD 是 16bpp 时,要把 color 变量中的 R、G、B 抽出来再合并成 RGB565 格式
void lcd_put_pixel(int x, int y, unsigned int color)
{
	unsigned char *pen_8 = fb_base+y*line_width+x*pixel_width;//计算要显示的坐标fb_base(原地址)y*line_width+x*pixel_width(偏移地址)
	unsigned short *pen_16;	
	unsigned int *pen_32;	

	unsigned int red, green, blue;	

	pen_16 = (unsigned short *)pen_8;
	pen_32 = (unsigned int *)pen_8;

	switch (var.bits_per_pixel)
	{
		case 8:
		{
			*pen_8 = color;//对于 8bpp,color 就不再表示 RBG 三原色了,这涉及调色板的概念,color 是调色板的值。
			break;
		}
		case 16:
		{
			/* 565 */
			red   = (color >> 16) & 0xff; //32位red数据是:16~24  24~32没用
			green = (color >> 8) & 0xff;  //32位green数据是:8~16
			blue  = (color >> 0) & 0xff;  //32位blue数据是:0~8
			//总共16位:红保留高5位放在11~16,绿保留高6位放在5~11,蓝保留高5位放在0~5
			color = ((red >> 3) << 11) | ((green >> 2) << 5) | (blue >> 3);
			*pen_16 = color;//将计算的位置坐标显示该颜色
			break;
		}
		case 32:
		{
			*pen_32 = color;//对于 32bpp,颜色格式跟 color 参数一致,可以直接写入Framebuffer。
			break;
		}
		default:
		{
			printf("can't surport %dbpp\n", var.bits_per_pixel);
			break;
		}
	}
}

int main(int argc, char **argv)
{
	int i;
	
	fd_fb = open("/dev/fb0", O_RDWR);//打开设备节点
	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;
	}

	line_width  = var.xres * var.bits_per_pixel / 8;//屏幕宽度大小(多少个字节)
	pixel_width = var.bits_per_pixel / 8;//一个像素大小(多少个字节)
	screen_size = var.xres * var.yres * var.bits_per_pixel / 8; //屏幕大小(多少个字节)
	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;
	}

	/* 清屏: 全部设为白色 */
	memset(fb_base, 0xff, screen_size);

	/* 随便设置出100个为红色 */
	for (i = 0; i < 100; i++)
		lcd_put_pixel(var.xres/2+i, var.yres/2, 0xFF0000);
	
	munmap(fb_base , screen_size);
	close(fd_fb);
	
	return 0;	
}

到了这里,关于LCD驱动程序——Framebuffer应用编程的文章就介绍完了。如果您还想了解更多内容,请在右上角搜索TOY模板网以前的文章或继续浏览下面的相关文章,希望大家以后多多支持TOY模板网!

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