前言：

在 Linux 系統(tǒng)中通過 Framebuffer 驅動程序來控制 LCD。Frame 是幀的意 思，buffer 是緩沖的意思，這意味著 Framebuffer 就是一塊內存，里面保存著 一幀圖像。Framebuffer 中保存著一幀圖像的每一個像素顏色值，假設 LCD 的 分辨率是 1024x768，每一個像素的顏色用 32 位來表示，那么 Framebuffer 的 大小就是：1024x768x32/8=3145728 字節(jié)。

目錄

一、LCD 操作原理

二、涉及的 API 函數(shù)

?1.open 函數(shù)

2.ioctl 函數(shù)

?3.mmap 函數(shù)

三、Framebuffer 程序分析?

1.Framebuffer源碼如下：

2. 打開設備：

3.獲取 LCD 參數(shù)

4.映射 Framebuffer

5.描點函數(shù)

6.隨便畫幾個點?

四、上機實驗測試

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一、LCD 操作原理

1.驅動程序設置好 LCD 控制器：

???????? 根據(jù) LCD 的參數(shù)設置 LCD 控制器的時序、信號極性；

? ? ? ? ?根據(jù) LCD 分辨率、BPP 分配 Framebuffer。

2.APP 使用 ioctl 獲得 LCD 分辨率、BPP

3.APP 通過 mmap 映射 Framebuffer，在 Framebuffer 中寫入數(shù)據(jù)

????????假設需要設置 LCD 中坐標(x,y)處像素的顏色，首要要找到這個像素對應的 內存，然后根據(jù)它的 BPP 值設置顏色。假設 fb_base 是 APP 執(zhí)行 mmap 后得到 的 Framebuffer 地址，如圖

可以用以下公式算出(x,y)坐標處像素對應的 Framebuffer 地址：

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

????????最后一個要解決的問題就是像素的顏色怎么表示？它是用 RGB 三原色(紅、綠、 藍)來表示的，在不同的 BPP 格式中，用不同的位來分別表示 R、G、B

? ? ? ? ?對于 32BPP，一般只設置其中的低 24 位，高 8 位表示透明度，一般的 LCD 都不支持。

???????? 對于 24BPP，硬件上為了方便處理，在 Framebuffer 中也是用 32 位來表 示，效果跟 32BPP 是一樣的。

????????對于 16BPP，常用的是 RGB565；很少的場合會用到 RGB555，這可以通過 ioctl 讀取驅動程序中的 RGB 位偏移來確定使用哪一種格式。

二、涉及的 API 函數(shù)

目的是：打開 LCD 設備節(jié)點，獲取分辨率等參數(shù)，映射 Framebuffer，最后實現(xiàn)描點函數(shù)。

?1.open 函數(shù)

在 Ubuntu 中執(zhí)行“man 2 open”，可以看到 open 函數(shù)的說明：

頭文件：

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>

函數(shù)原型：

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

函數(shù)說明：

1.pathname 表示打開文件的路徑；

2.Flags 表示打開文件的方式，常用的有以下 6 種，

????????? O_RDWR 表示可讀可寫方式打開;

????????? O_RDONLY 表示只讀方式打開;

????????? O_WRONLY 表示只寫方式打開;

????????? O_APPEND 表示如果這個文件中本來是有內容的，則新寫入的內容會接續(xù)到原來內容的后面;

????????? O_TRUNC 表示如果這個文件中本來是有內容的，則原來的內容會被丟棄，截斷； ????????? O_CREAT 表示當前打開文件不存在，我們創(chuàng)建它并打開它，通常與 O_EXCL 結合使用，當沒有文件時創(chuàng)建文件，有這個文件時會報錯提醒我們；

3.Mode 表示創(chuàng)建文件的權限，只有在 flags 中使用了 O_CREAT 時才有效， 否則忽略。

4.返回值：打開成功返回文件描述符，失敗將返回-1。

2.ioctl 函數(shù)

在 Ubuntu 中執(zhí)行“man ioctl”，可以看到 ioctl 函數(shù)的說明：

頭文件：?

#include <sys/ioctl.h>

函數(shù)原型：

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

1. fd 表示文件描述符；

2. request 表示與驅動程序交互的命令，用不同的命令控制驅動程序輸出我們 需要的數(shù)據(jù)； 3. … 表示可變參數(shù) arg，根據(jù) request 命令，設備驅動程序返回輸出的數(shù)據(jù)。

4.返回值：打開成功返回文件描述符，失敗將返回-1。

?????ioctl 的作用非常強大、靈活。不同的驅動程序內部會實現(xiàn)不同的 ioctl， APP 可以使用各種 ioctl 跟驅動程序交互：可以傳數(shù)據(jù)給驅動程序，也可以從驅動程序中讀出數(shù)據(jù)。

?3.mmap 函數(shù)

在 Ubuntu 中執(zhí)行“man mmap”，可以看到 mmap 函數(shù)的說明：

頭文件：

#include <sys/mman.h>

函數(shù)原型：

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

1.addr 表示指定映射的內存起始地址，通常設為 NULL 表示讓系統(tǒng)自動選定 地址，并在成功映射后返回該地址；

2.length 表示將文件中多大的內容映射到內存中；

3.prot 表示映射區(qū)域的保護方式，可以為以下 4 種方式的組合

????????? PROT_EXEC 映射區(qū)域可被執(zhí)行

????????? PROT_READ 映射區(qū)域可被讀出

????????? PROT_WRITE 映射區(qū)域可被寫入

????????? PROT_NONE 映射區(qū)域不能存取 Flags 表示影響映射區(qū)域的不同特性，常用的有以下兩種

????????? MAP_SHARED 表示對映射區(qū)域寫入的數(shù)據(jù)會復制回文件內，原來的文件會改變。 ????????? MAP_PRIVATE 表示對映射區(qū)域的操作會產生一個映射文件的復制，對此區(qū)域的任何修改都不會寫回原來的文件內容中。

5.返回值：若成功映射，將返回指向映射的區(qū)域的指針，失敗將返回-1。

三、Framebuffer 程序分析?

1.Framebuffer源碼如下：

/*********************************************************************** 函數(shù)名稱： lcd_put_pixel* 功能描述： 在LCD指定位置上輸出指定顏色（描點）* 輸入?yún)?shù)： x坐標，y坐標，顏色* 輸出參數(shù)： 無* 返 回 值： 會***********************************************************************/
void lcd_put_pixel(int x, int y, unsigned int color)
{unsigned char *pen_8 = fb_base+y*line_width+x*pixel_width;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;break;}case 16:{/* 565 */red   = (color >> 16) & 0xff;green = (color >> 8) & 0xff;blue  = (color >> 0) & 0xff;color = ((red >> 3) << 11) | ((green >> 2) << 5) | (blue >> 3);*pen_16 = color;break;}case 32:{*pen_32 = color;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);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;pixel_width = var.bits_per_pixel / 8;screen_size = var.xres * var.yres * var.bits_per_pixel / 8;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: 全部設為白色 */memset(fb_base, 0xff, screen_size);/* 隨便設置出100個為紅色 */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;
}

2. 打開設備：

首先打開設備節(jié)點：

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

3.獲取 LCD 參數(shù)

LCD 驅動程序給 APP 提供 2 類參數(shù)：

????????可變的參數(shù) fb_var_screeninfo

????????固 定的參數(shù) fb_fix_screeninfo

編寫應用程序時主要關心可變參數(shù)，它的結構 體定義如下(#include <Linux/fd.h>)：

可以使用以下代碼獲取 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 里用的參數(shù)是：FBIOGET_VSCREENINFO，它表示 get var screen info，獲得屏幕的可變信息；當然也可以使用 FBIOPUT_VSCREENINFO 來調整這 些參數(shù)，但是很少用到。

對于固定的參數(shù) fb_fix_screeninfo，在應用編程中很少用到。它的結構 體定義如下：

?可以使用 ioctl FBIOGET_FSCREENINFO 來讀出這些信息，但是很少用到。

4.映射 Framebuffer

????????要映射一塊內存，需要知道它的地址──這由驅動程序來設置，需要知道它 的大小──這由應用程序決定。代碼如下：

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;
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 是整個 Framebuffer 的大小；PROT_READ | PROT_WRITE 表示該區(qū)域可讀、可寫；MAP_SHARED 表示該區(qū)域是共享的，APP 寫 入數(shù)據(jù)時，會直達驅動程序。

5.描點函數(shù)

能夠在 LCD 上描繪指定像素后，就可以寫字、畫圖，描點函數(shù)是基礎。代碼如下：

void lcd_put_pixel(int x, int y, unsigned int color)
{unsigned char *pen_8 = fb_base+y*line_width+x*pixel_width;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;break;}case 16:{/* 565 */red   = (color >> 16) & 0xff;green = (color >> 8) & 0xff;blue  = (color >> 0) & 0xff;color = ((red >> 3) << 11) | ((green >> 2) << 5) | (blue >> 3);*pen_16 = color;break;}case 32:{*pen_32 = color;break;}default:{printf("can't surport %dbpp\n", var.bits_per_pixel);break;}}
}

1.void lcd_put_pixel(int x, int y, unsigned int color)

傳入的 color 表示顏色，它的格式永遠是 0x00RRGGBB，即 RGB888。 當 LCD 是16bpp 時，要把 color 變量中的 R、G、B 抽出來再合并成 RGB565 格式。

2.unsigned char *pen_8 = fb_base+y*line_width+x*pixel_width;

計算(x,y)坐標上像素對應的 Framebuffer 地址。

3.*pen_8 = color;

對于 8bpp，color 就不再表示 RBG 三原色了，這涉及調色板的概念，color 是調色板的值。 第 49～51 行，先從 color 變量中把 R、G、B 抽出來。

4.? red = (color >> 16) & 0xff;

? ? ?green = (color >> 8) & 0xff;

? ? ?blue = (color >> 0) & 0xff;

把 red、green、blue 這三種 8 位顏色值，根據(jù) RGB565 的格式， 只保留 red 中的高 5 位、green 中的高 6 位、blue 中的高 5 位，組合成一個新 的 16 位顏色值。

5.color = ((red >> 3) > 2) > 3);

把新的 16 位顏色值寫入 Framebuffer。

6.*pen_32 = color;

對于 32bpp，顏色格式跟 color 參數(shù)一致，可以直接寫入 Framebuffer。

6.隨便畫幾個點?

本程序的 main 函數(shù)，在最后只是簡單地畫了幾個點：

 /* 清屏: 全部設為白色 */memset(fb_base, 0xff, screen_size);/* 隨便設置出100個為紅色 */for (i = 0; i < 100; i++)lcd_put_pixel(var.xres/2+i, var.yres/2, 0xFF0000);

四、上機實驗測試

在 Ubuntu 中編譯程序，先設置交叉編譯工具鏈，再執(zhí)行以下命令：

book@100ask:~/source/07_framebuffer$ arm-buildroot-linux-gnueabihf-gcc -o show_pixel show_pixel.c
book@100ask:~/source/07_framebuffer$ cp show_pixel ~/nfs_rootfs/

在開發(fā)板上掛載網(wǎng)絡文件系統(tǒng)

??????

?運行程序

[root@100ask:~]#  mount -t nfs -o nolock,vers=3 192.168.5.11:/home/book/nfs_rootfs /mnt
[root@100ask:~]# /mnt/show_pixel

?運行效果：