一、Framebuffer 裝置驅動總體架構

幀緩衝裝置為標準的字元型裝置，在Linux中主裝置號29，定義在/include/linux/major.h中的FB_MAJOR，次裝置號定義幀緩衝的個數，最大允許有32個FrameBuffer，定義在/include/linux/fb.h中的FB_MAX，對應於檔案系統下/dev/fb%d裝置檔案。

 

 

我們從上面這幅圖看，幀緩衝裝置在Linux中也可以看做是一個完整的子系統，大體由fbmem.c和xxxfb.c組成。向上給應用程式提供完善的裝置檔案操作介面(即對FrameBuffer裝置進行read、write、ioctl等操作)，介面在Linux提供的fbmem.c檔案中實現；向下提供了硬體操作的介面，只是這些介面Linux並沒有提供實現，因為這要根據具體的LCD控制器硬體進行設定，所以這就是我們要做的事情了(即xxxfb.c部分的實現)。

二 、Framebuffer 相關的重要資料結構：

1、從Framebuffer裝置驅動程式結構看，該驅動主要跟fb_info結構體有關，該結構體記錄了Framebuffer裝置的全部資訊，包括裝置的設定引數、狀態以及對底層硬體操作的函式指標。在Linux中，每一個Framebuffer裝置都必須對應一個fb_info，fb_info在/linux/fb.h中的定義如下：(只列出重要的一些) 

1 struct fb_info {
 2     atomic_t count;
 3     int node; ///次裝置號
 4     int flags;
 5     struct mutex lock;  //用於open、release、ioctrl功能的鎖
 6     struct mutex mm_lock;  /* Lock for fb_mmap and smem_* fields */
 7     struct fb_var_screeninfo var;  //LCD 可變引數
 8     struct fb_fix_screeninfo fix;   //LCD 固定引數
 9     struct fb_monspecs monspecs;   /* Current Monitor specs *///LCD 顯示器標準
10     struct work_struct queue;   //幀緩衝事件佇列
11     struct fb_pixmap pixmap;   ///影象硬體 mapper
12     struct fb_pixmap sprite;   //游標硬體 mapper
13     struct fb_cmap cmap;     //當前顏色表
14     struct list_head modelist;   //模式列表
15     struct fb_videomode *mode;   //當前的顯示模式
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;///對應的背光裝置
22 
23     /* Backlight level curve */
24     struct mutex bl_curve_mutex;    
25     u8 bl_curve[FB_BACKLIGHT_LEVELS];///背光調整
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;///---->對底層硬體裝置操作的函式指標
33     struct device *device;     /* This is the parent *////父裝置節點
34     struct device *dev;      /* This is this fb device *////當前的幀緩衝裝置
35     int class_flag;               /* private sysfs flags */
36 #ifdef CONFIG_FB_TILEBLITTING
37     struct fb_tile_ops *tileops;  /* Tile Blitting *///圖塊Blitting ?
38 #endif
39     char __iomem *screen_base;   /* Virtual address *///虛擬地址
40     unsigned long screen_size;   /* Amount of ioremapped VRAM or 0 */ ///LCD IO對映的虛擬記憶體大小
41     void *pseudo_palette;       /* Fake palette of 16 colors *///偽16色 顏色表
42 #define FBINFO_STATE_RUNNING   0
43 #define FBINFO_STATE_SUSPENDED   1
44     u32 state;            /* Hardware state i.e suspend *////LCD 掛起或復位的狀態
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兩個結構體跟LCD硬體屬性相關，fb_var_screeninfo代表可修改的LCD顯示引數，如解析度和畫素位元數；fb_fix_screeninfo代表不可修改的LCD屬性引數，如顯示記憶體的實體地址和長度等。另外一個非常重要的成員是fb_ops，其是LCD底層硬體操作介面集。

         fb_ops硬體操作介面集包含很多介面，如設定可變引數fb_set_par、設定顏色暫存器fb_setcolreg、清屏介面fb_blank、畫點陣圖介面fb_imageblit、記憶體對映fb_mmap等等。

         fb_info結構體在呼叫register_framebuffer之前完成初始化。一般來說，LCD裝置屬於平臺裝置，其初始化是在平臺裝置驅動的probe介面完成。而LCD裝置所涉及的硬體初始化則在平臺裝置初始化中完成。

 

2、fb_fix_screeninfo結構體主要記錄使用者不可以修改的控制器的引數，該結構體的定義如下：

1 struct fb_fix_screeninfo {
 2     char id[16];            //字串形式的識別符號
 3     unsigned long smem_start;   /fb 快取的開始位置
 4                     /* (physical address) */
 5     __u32 smem_len;            /* Length of frame buffer mem *///fb 快取的長度
 6     __u32 type;            /* see FB_TYPE_*        *////看FB_TYPE_* -->
 7     __u32 type_aux;            /* Interleave for interleaved Planes *///分界
 8     __u32 visual;             ///看FB_VISUAL_* -->
 9     __u16 xpanstep;         //如果沒有硬體panning就賦值為0
10     __u16 ypanstep;            //如果沒有硬體panning就賦值為0
11     __u16 ywrapstep;        //如果沒有硬體ywrap就賦值為0
12     __u32 line_length;        //一行的位元組數
13     unsigned long mmio_start;   //記憶體對映 IO的開始位置
14                     /* (physical address) */
15     __u32 mmio_len;            //記憶體對映 IO的長度
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];       //為以後的相容性保留
20 };

 

3、fb_var_screeninfo結構體主要記錄使用者可以修改的控制器的引數，比如螢幕的解析度和每個畫素的位元數等，該結構體定義如下：

1 struct fb_var_screeninfo { ///顯示屏資訊
 2     __u32 xres;            /* visible resolution*//可視區域，一行有多少個畫素點
 3     __u32 yres;            ///可視區域，一列有多少個畫素點
 4     __u32 xres_virtual;  /* virtual resolution*//虛擬區域，一行有多少個畫素點，簡單的意思就是記憶體中定義的區間是比較大的
 5     __u32 yres_virtual;////虛擬區域，一列有多少個畫素點
 6     __u32 xoffset;            //虛擬到可見螢幕之間的行偏移
 7     __u32 yoffset;            /* resolution *//虛擬到可見螢幕之間的列偏移
 8 
 9     __u32 bits_per_pixel; /* guess what*/ 每個畫素的 bit 數，這個引數不需要自己配置，而是通過上層在呼叫 checkvar 函式傳遞 bpp 的時候賦值的
10     __u32 grayscale;        /* 0 = color, 1 = grayscale,*////等於零就成黑白 (灰度)
11                     /* >1 = FOURCC            */
12     // 通過 pixel per bpp 來設定 red green 和 blue 的位置； pixel per bpp 可以通過 ioctl 設定
13     struct fb_bitfield red;        //fb快取的R位域
14     struct fb_bitfield green;    /* else only length is significant *//fb快取的G位域
15     struct fb_bitfield blue;                                        //fb快取的B位域
16     struct fb_bitfield transp;    /* transparency *//透明度
17 
18     __u32 nonstd;            /* != 0 Non standard pixel format *///如果nonstd 不等於0，非標準的畫素格式
19 
20     __u32 activate;            /* see FB_ACTIVATE_*     */
21 
22     __u32 height;         //記憶體中的影象高度
23     __u32 width;        //記憶體中的影象寬度
24 
25     __u32 accel_flags;        /* (OBSOLETE) see fb_info.flags *////加速標誌
26 
27     /* Timing: All values in pixclocks, except pixclock (of course) */
28     ///時序，這些部分就是顯示器的顯示方法了，和具體的液晶顯示屏有關，在驅動中一般放在 具體液晶屏的配置檔案 
29     __u32 pixclock;            /* pixel clock in ps (pico seconds) *///畫素時鐘
30     __u32 left_margin;        /* time from sync to picture    *////行切換，從同步到繪圖之間的延遲
31     __u32 right_margin;        /* time from picture to sync    *///行切換，從繪圖到同步之間的延遲
32     __u32 upper_margin;        /* time from sync to picture    *///幀切換，從同步到繪圖之間的延遲
33     __u32 lower_margin;                                        ////幀切換，從繪圖到同步之間的延遲
34     __u32 hsync_len;        /* length of horizontal sync    */ //水平同步的長度
35     __u32 vsync_len;        /* length of vertical sync    */ //垂直同步的長度
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 };

 通過下圖可以對fb_var_screeninfo中涉及的時序理解更清楚一些：

 

4、fb_ops結構體是對底層硬體操作的函式指標，該結構體中定義了對硬體的操作有:

注： fb_ops結構與file_operations 結構不同，fb_ops是底層操作的抽象,而file_operations是提供給上層系統呼叫的介面，可以直接呼叫.

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);

/*對於非線性佈局的/常規記憶體對映無法工作的幀緩衝裝置需要*/ 
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);///檢查可變引數並進行設定
19     /* set the video mode according to info->var */
20     int (*fb_set_par)(struct fb_info *info);///根據設定的值進行更新，使之有效
22     /* set color register */
23     int (*fb_setcolreg)(unsigned regno, unsigned red, unsigned green, ////設定顏色暫存器
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    
30     int (*fb_blank)(int blank, struct fb_info *info);///顯示空白
32     /*pan顯示*/
33     int (*fb_pan_display)(struct fb_var_screeninfo *var, struct fb_info *info);
36     void (*fb_fillrect) (struct fb_info *info, const struct fb_fillrect *rect);///矩形填充 
38     void (*fb_copyarea) (struct fb_info *info, const struct fb_copyarea *region);///複製資料
40     void (*fb_imageblit) (struct fb_info *info, const struct fb_image *image);///圖形填充
42     /* 繪製游標 */
43     int (*fb_cursor) (struct fb_info *info, struct fb_cursor *cursor);
45     /* 旋轉顯示 */
46     void (*fb_rotate)(struct fb_info *info, int angle);
48     /* 等待blit空閒 */
49     int (*fb_sync)(struct fb_info *info);
51     /* fb 特定的 ioctl */
52     int (*fb_ioctl)(struct fb_info *info, unsigned int cmd,
53             unsigned long arg);
55     /* 處理32bit compat ioctl (optional) */
56     int (*fb_compat_ioctl)(struct fb_info *info, unsigned cmd,
57             unsigned long arg);
59     /* fb 特定的 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：裝置獨立的 colormap 資訊，可以通過 ioctl 的 FBIOGETCMAP 和 FBIOPUTCMAP 命令設定 colormap；

struct fb_cmap { //顏色對映表
    __u32 start;            /* First entry    *////第一個入口
    __u32 len;            /* Number of entries *///入口的數字
    __u16 *red;            /* Red values    *///紅色
    __u16 *green;                        ///綠色
    __u16 *blue;                        ///藍色
    __u16 *transp;           //透明度，允許為空
};

 

這些結構相互之間的關係如下所示：

 

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