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!supportLists]-->二、<!--[endif]-->FrameBuffer在LINUX中实现和机制</P>
<P>Framebuffer对应的源文件在linux/drivers/video/目录下。总的抽象设备文件为fbcon.c，在这个目录下还有与各种显卡驱动相关的源文件。</P>
<P>(一)、分析Framebuffer设备驱动</P>
<P> 需要特别提出的是在INTEL平台上，老式的VESA 1.2
卡，如CGA/EGA卡，是不能支持Framebuffer的，因为Framebuffer要求显卡支持线性帧缓冲，即CPU可以访问显缓冲中的每一位，但是VESA
1.2 卡只能允许CPU一次访问64K的地址空间。</P>
<P>FrameBuffer设备驱动基于如下两个文件：</P>
<P>1) linux/include/linux/fb.h<BR>2) linux/drivers/video/fbmem.c</P>
<P>下面分析这两个文件。</P>
<P>1、fb.h</P>
<P> 几乎主要的结构都是在这个中文件定义的。这些结构包括：</P>
<P>1）fb_var_screeninfo</P>
<P> 这个结构描述了显示卡的特性：</P>
<P>struct fb_var_screeninfo </P>
<P>{<BR>__u32 xres; /* visible resolution */<BR>__u32 yres;<BR>__u32
xres_virtual; /* virtual resolution */<BR>__u32
yres_virtual;<BR>__u32 xoffset; /* offset from virtual to visible
resolution */<BR>__u32 yoffset; </P>
<P>__u32 bits_per_pixel; /* guess what */<BR>__u32 grayscale; /* !=
0 Gray levels instead of colors */</P>
<P>struct fb_bitfield red; /* bitfield in fb mem if true color,
*/<BR>struct fb_bitfield green; /* else only length is significant
*/<BR>struct fb_bitfield blue;<BR>struct fb_bitfield transp; /*
transparency */</P>
<P>__u32 nonstd; /* != 0 Non standard pixel format */</P>
<P>__u32 activate; /* see FB_ACTIVATE_* */</P>
<P>__u32 height; /* height of picture in mm */<BR>__u32 width; /*
width of picture in mm */</P>
<P>__u32 accel_flags; /* acceleration flags (hints) */</P>
<P>/* Timing: All values in pixclocks, except pixclock (of course)
*/<BR>__u32 pixclock; /* pixel clock in ps (pico seconds)
*/<BR>__u32 left_margin; /* time from sync to picture */<BR>__u32
right_margin; /* time from picture to sync */<BR>__u32 upper_margin;
/* time from sync to picture */<BR>__u32 lower_margin;<BR>__u32
hsync_len; /* length of horizontal sync */<BR>__u32 vsync_len; /*
length of vertical sync */<BR>__u32 sync; /* see FB_SYNC_*
*/<BR>__u32 vmode; /* see FB_VMODE_* */<BR>__u32 reserved[6]; /*
Reserved for future compatibility */<BR>};</P>
<P>2)
fb_fix_screeninfon<BR>这个结构在显卡被设定模式后创建，它描述显示卡的属性，并且系统运行时不能被修改；比如FrameBuffer内存的起始地址。它依赖于被设定的模式，当一个模式被设定后，内存信息由显示卡硬件给出，内存的位置等信息就不可以修改。</P>
<P>struct fb_fix_screeninfo {<BR>char id[16]; /* identification
string eg "TT Builtin" */<BR>unsigned long smem_start; /* Start of
frame buffer mem */<BR>/* (physical address) */<BR>__u32 smem_len;
/* Length of frame buffer mem */<BR>__u32 type; /* see FB_TYPE_*
*/<BR>__u32 type_aux; /* Interleave for interleaved Planes
*/<BR>__u32 visual; /* see FB_VISUAL_* */<BR>__u16 xpanstep; /* zero
if no hardware panning */<BR>__u16 ypanstep; /* zero if no hardware
panning */<BR>__u16 ywrapstep; /* zero if no hardware ywrap
*/<BR>__u32 line_length; /* length of a line in bytes */<BR>unsigned
long mmio_start; /* Start of Memory Mapped I/O */<BR>/* (physical
address) */<BR>__u32 mmio_len; /* Length of Memory Mapped I/O
*/<BR>__u32 accel; /* Type of acceleration available */<BR>__u16
reserved[3]; /* Reserved for future compatibility */<BR>};</P>
<P>3) fb_cmap<BR>描述设备无关的颜色映射信息。可以通过FBIOGETCMAP 和 FBIOPUTCMAP
对应的ioctl操作设定或获取颜色映射信息.</P>
<P>struct fb_cmap {<BR>__u32 start; /* First entry */<BR>__u32 len;
/* Number of entries */<BR>__u16 *red; /* Red values */<BR>__u16
*green;<BR>__u16 *blue;<BR>__u16 *transp; /* transparency, can be
NULL */<BR>};</P>
<P>4) fb_info<BR>定义当显卡的当前状态；fb_info结构仅在内核中可见，在这个结构中有一个fb_ops指针，
指向驱动设备工作所需的函数集。</P>
<P>struct fb_info {<BR>char modename[40]; /* default video mode
*/<BR>kdev_t node;<BR>int flags;<BR>int open; /* Has this been open
already ? */<BR>#define FBINFO_FLAG_MODULE 1 /* Low-level driver is
a module */<BR>struct fb_var_screeninfo var; /* Current var
*/<BR>struct fb_fix_screeninfo fix; /* Current fix */<BR>struct
fb_monspecs monspecs; /* Current Monitor specs */<BR>struct fb_cmap
cmap; /* Current cmap */<BR>struct fb_ops *fbops;<BR>char
*screen_base; /* Virtual address */<BR>struct display *disp; /*
initial display variable */<BR>struct vc_data *display_fg; /*
Console visible on this display */<BR>char fontname[40]; /* default
font name */<BR>devfs_handle_t devfs_handle; /* Devfs handle for new
name */<BR>devfs_handle_t devfs_lhandle; /* Devfs handle for compat.
symlink */<BR>int (*changevar)(int); /* tell console var has changed
*/<BR>int (*switch_con)(int, struct fb_info*);<BR>/* tell fb to
switch consoles */<BR>int (*updatevar)(int, struct fb_info*);<BR>/*
tell fb to update the vars */<BR>void (*blank)(int, struct
fb_info*); /* tell fb to (un)blank the screen */<BR>/* arg = 0:
unblank */<BR>/* arg > 0: VESA level (arg-1) */<BR>void
*pseudo_palette; /* Fake palette of 16 colors and<BR>the cursor's
color for non<BR>palette mode */<BR>/* From here on everything is
device dependent */<BR>void *par;<BR>};</P>
<P>5) struct
fb_ops<BR>用户应用可以使用ioctl()系统调用来操作设备，这个结构就是用一支持ioctl()的这些操作的。</P>
<P>struct fb_ops {<BR>/* open/release and usage marking */<BR>struct
module *owner;<BR>int (*fb_open)(struct fb_info *info, int
user);<BR>int (*fb_release)(struct fb_info *info, int user);<BR>/*
get non settable parameters */<BR>int (*fb_get_fix)(struct
fb_fix_screeninfo *fix, int con,<BR>struct fb_info *info);<BR>/* get
settable parameters */<BR>int (*fb_get_var)(struct fb_var_screeninfo
*var, int con,<BR>struct fb_info *info);<BR>/* set settable
parameters */<BR>int (*fb_set_var)(struct fb_var_screeninfo *var,
int con,<BR>struct fb_info *info);<BR>/* get colormap */<BR>int
(*fb_get_cmap)(struct fb_cmap *cmap, int kspc, int con,<BR>struct
fb_info *info);<BR>/* set colormap */<BR>int (*fb_set_cmap)(struct
fb_cmap *cmap, int kspc, int con,<BR>struct fb_info *info);<BR>/*
pan display (optional) */<BR>int (*fb_pan_display)(struct
fb_var_screeninfo *var, int con,<BR>struct fb_info *info);<BR>/*
perform fb specific ioctl (optional) */<BR>int (*fb_ioctl)(struct
inode *inode, struct file *file, unsigned int cmd,<BR>unsigned long
arg, int con, struct fb_info *info);<BR>/* perform fb specific mmap
*/<BR>int (*fb_mmap)(struct fb_info *info, struct file *file, struct
vm_area_struct *vma);<BR>/* switch to/from raster image mode
*/<BR>int (*fb_rasterimg)(struct fb_info *info, int
start);<BR>};</P>
<P>6) structure map<BR>struct fb_info_gen | struct fb_info |
fb_var_screeninfo<BR>| | fb_fix_screeninfo<BR>| | fb_cmap<BR>| |
modename[40]<BR>| | fb_ops ---|--->ops on var<BR>| | ... |
fb_open<BR>| | | fb_release<BR>| | | fb_ioctl<BR>| | | fb_mmap<BR>|
struct fbgen_hwswitch -|-> detect<BR>| | encode_fix<BR>| |
encode_var<BR>| | decode_fix<BR>| | decode_var<BR>| | get_var<BR>| |
set_var<BR>| | getcolreg<BR>| | setcolreg<BR>| | pan_display<BR>| |
blank<BR>| | set_disp</P>
<P>[编排有点困难，第一行的第一条竖线和下面的第一列竖线对齐，第一行的第二条竖线和下面的第二列竖线对齐就可以了]<BR>这个结构
fbgen_hwswitch抽象了硬件的操作.虽然它不是必需的，但有时候很有用.</P>
<P>2、 fbmem.c<BR>fbmem.c 处于Framebuffer设备驱动技术的中心位置.它为上层应用程序提供系统调用
也为下一层的特定硬件驱动提供接口；那些底层硬件驱动需要用到这儿的接口来向系统内核注册它们自己. fbmem.c
为所有支持FrameBuffer的设备驱动提供了通用的接口，避免重复工作.</P>
<P>1) 全局变量</P>
<P>struct fb_info *registered_fb[FB_MAX];<BR>int
num_registered_fb;</P>
<P><BR>这两变量记录了所有fb_info 结构的实例，fb_info 结构描述显卡的当前状态，所有设备对应的fb_info
结构都保存在这个数组中，当一个FrameBuffer设备驱动向系统注册自己时，其对应的fb_info
结构就会添加到这个结构中，同时num_registered_fb 为自动加1.</P>
<P>static struct {<BR>const char *name;<BR>int (*init)(void);<BR>int
(*setup)(void);<BR>} fb_drivers[] __initdata= { ....};</P>
<P>如果FrameBuffer设备被静态链接到内核，其对应的入口就会添加到这个表中；如果是动态加载的，即使用insmod/rmmod,就不需要关心这个表。</P>
<P>static struct file_operations fb_ops ={<BR>owner:
THIS_MODULE,<BR>read: fb_read,<BR>write: fb_write,<BR>ioctl:
fb_ioctl,<BR>mmap: fb_mmap,<BR>open: fb_open,<BR>release:
fb_release<BR>};<BR>这是一个提供给应用程序的接口.</P>
<P>2）fbmem.c 实现了如下函数.</P>
<P>register_framebuffer(struct fb_info
*fb_info);<BR>unregister_framebuffer(struct fb_info *fb_info);</P>
<P>这两个是提供给下层FrameBuffer设备驱动的接口，设备驱动通过这两函数向系统注册或注销自己。几乎底层设备驱动所要做的所有事情就是填充fb_info结构然后向系统注册或注销它。</P>
<P>（二）一个LCD显示芯片的驱动实例</P>
<P>以Skeleton LCD
控制器驱动为例，在LINUX中存有一个/fb/skeleton.c的skeleton的Framebuffer驱动程序，很简单，仅仅是填充了fb_info结构，并且注册/注销自己。设备驱动是向用户程序提供系统调用接口，所以我们需要实现底层硬件操作并且定义file_operations结构来向系统提供系统调用接口，从而实现更有效的LCD控制器驱动程序。</P>
<P>1）在系统内存中分配显存<BR>在fbmem.c文件中可以看到, file_operations
结构中的open()和release()操作不需底层支持，但read()、write()和
mmap()操作需要函数fb_get_fix()的支持.因此需要重新实现函数fb_get_fix()。另外还需要在系统内存中分配显存空间，大多数的LCD控制器都没有自己的显存空间，被分配的地址空间的起始地址与长度将会被填充到fb_fix_screeninfo
结构的smem_start 和smem_len 的两个变量中.被分配的空间必须是物理连续的。</P>
<P>2）实现 fb_ops 中的函数<BR>用户应用程序通过ioctl()系统调用操作硬件，fb_ops
中的函数就用于支持这些操作。（注： fb_ops结构与file_operations
结构不同，fb_ops是底层操作的抽象,而file_operations是提供给上层系统调用的接口，可以直接调用.<BR>
ioctl()系统调用在文件fbmem.c中实现，通过观察可以发现ioctl()命令与fb_ops’s
中函数的关系:<BR>FBIOGET_VSCREENINFO fb_get_var<BR>FBIOPUT_VSCREENINFO
fb_set_var<BR>FBIOGET_FSCREENINFO fb_get_fix<BR>FBIOPUTCMAP
fb_set_cmap<BR>FBIOGETCMAP fb_get_cmap<BR>FBIOPAN_DISPLAY
fb_pan_display</P>
<P><BR>如果我们定义了fb_XXX_XXX 方法，用户程序就可以使用FBIOXXXX宏的ioctl()操作来操作硬件。</P>
<P>文件linux/drivers/video/fbgen.c或者linux/drivers/video目录下的其它设备驱动是比较好的参考资料。在所有的这些函数中fb_set_var()是最重要的，它用于设定显示卡的模式和其它属性，下面是函数fb_set_var()的执行步骤：
</P>
<P>1)检测是否必须设定模式<BR>2)设定模式</P>
<P>3)设定颜色映射</P>
<P>4) 根据以前的设定重新设置LCD控制器的各寄存器。</P>
<P>第四步表明了底层操作到底放置在何处。在系统内存中分配显存后，显存的起始地址及长度将被设定到LCD控制器的各寄存器中（一般通过fb_set_var()
函数），显存中的内容将自动被LCD控制器输出到屏幕上。另一方面，用户程序通过函数mmap()将显存映射到用户进程地址空间中，然后用户进程向映射空间发送的所有数据都将会被显示到LCD显示器上。</P>
<P><!--[if !supportEmptyParas]--> <!--[endif]--></P>
<P><!--[if
!supportLists]-->三、<!--[endif]-->FrameBuffer的应用</P>
<P>（一）、一个使用FrameBuffer的例子</P>
<P>1、FrameBuffer主要是根据VESA标准的实现的，所以只能实现最简单的功能。</P>
<P>2、由于涉及内核的问题，FrameBuffer是不允许在系统起来后修改显示模式等一系列操作。（好象很多人都想要这样干，这是不被允许的，当然如果你自己写驱动的话，是可以实现的）.</P>
<P>3、对FrameBuffer的操作，会直接影响到本机的所有控制台的输出，包括XWIN的图形界面。</P>
<P>好，现在可以让我们开始实现直接写屏：</P>
<P>1、打开一个FrameBuffer设备</P>
<P>2、通过mmap调用把显卡的物理内存空间映射到用户空间</P>
<P>3、直接写内存。</P>
<P>/********************************</P>
<P>File name : fbtools.h</P>
<P>*/</P>
<P>#ifndef _FBTOOLS_H_</P>
<P>#define _FBTOOLS_H_</P>
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