Linux FB 驱动讲解

本文分析了frame buffer 设备驱动的主要数据结构:

基本原理

• 通过 framebuffer ，应用程序用 mmap 把显存映射到应用程序虚拟地址空间，将要显示的数据写入这个内存空间就可以在屏幕上显示出来；
• 驱动程序分配系统内存作为显存；实现 file_operations 结构中的接口，为应用程序服务；实现 fb_ops 结构中的接口，控制和操作 LCD  控制器；
• 驱动程序将显存的起始地址和长度传给 LCD 控制器的寄存器 (一般由 fb_set_var 完成) ， LDC 控制器会自动的将显存中的数据显示在 LCD 屏上。

写 framebuffer 驱动程序要做什么

• 简单的讲，framebuffer 驱动的功能就是分配一块内存作显存，然后对 LCD 控制器的寄存器作一些设置。
• 具体来说：
  1. 填充一个 fbinfo 结构 
  2. 用 reigster_framebuffer (fbinfo*) 将 fbinfo 结构注册到内核
• 对于 fbinfo 结构，最主要的是它的 fs_ops 成员，需要针对具体设备实现 fs_ops 中的接口
• 考虑是否使用中断处理
• 考虑内存访问方式
  1. 显卡不自带显存的，分配系统内存作为显存
  2. 显卡自带显存的，用 I/O 内存接口进行访问 (request_mem_region / ioremap)，
• 关于如何写驱动的参考资料，在网站 http: /linux-fbdev.sourceforge.net/HOWTO/index.html 可以找到 "Linux Frame buffer Driver Writing HOWTO"

什么是 frame buffer 设备

frame buffer 设备是图形硬件的抽象，它代表了图形硬件的侦缓冲区，允许应用程序通过指定的接口访问图形硬件。因此，应用程序不必关心底层硬件细节。

设备通过特定的设备节点访问，通常在 /dev 目录下，如 /dev/fb*。

更多关于 frame buffer device 的资料可以在以下两个文件中找到： linux /Documentation/fb/framebuffer.txt 和 linux /Documentation/fb /interal.txt，但这些资料内容不多，还需要看看结合代码具体分析。

Linux Frame Buffer 驱动程序层次结构

Frame Buffer 设备驱动可以从三个层次来看：

1. 应用程序与系统调用；
2. 适用于所有设备的通用代码，避免重复，包括 file_operations 结构、register/unregister framebuffer 接口等；
3. 操作具体硬件的代码，主要是 fb_ops 结构。

在 Linux 内核中，Frame Buffer 设备驱动的源码主要在以下两个文件中，它们处于 frame buffer 驱动体系结构的中间层，它为上层的用户程序提供系统调用，也为底层特定硬件驱动提供了接口:

1. linux/inlcude/fb.h
2. linux/drivers/video/fbmem.c

数据结构

头文件 fb.h 定义了所有的数据结构：

• fb_var_screeninfo：描述了一种显卡显示模式的所有信息，如宽、高、颜色深度等，不同的显示模式对应不同的信息；
• fb_fix_screeninfo：定义了显卡信息，如 framebuffer 内存的起始地址，地址长度等；
• fb_cmap：设备独立的 colormap 信息，可以通过 ioctl 的 FBIOGETCMAP 和 FBIOPUTCMAP 命令设置 colormap；
• fb_info：包含当前 video card 的状态信息，只有 fb_info 对内核可见；
• fb_ops ： 应用程序使用 ioctl 系统调用操作底层的 LCD 硬件，fb_ops 结构中定义的方法用于支持这些操作；
• 这些结构相互之间的关系如下所示：

framebuffer 驱动主要数据结构

接口

fbmem.c 实现了所有驱动使用的通用代码，避免了重复。

全局变量：

     struct fb_info *registered_fb [FB_MAX]
            int num_registered_fb;
            

这两个变量用于记录正在使用的 fb_info 结构实例。fb_info 代表 video card 的当前状态，所有的 fb_info 结构都放在数组中。当一个 frame buffer 在内核中登记时，一个新的 fb_info 结构被加入该数组，num_registered_fb 加 1。

fb_drivers 数组：

static struct {
            const char *name;
            int (*init)(void);
            int (*setup)(void);
            } fb_drivers[] __initdata= { ....};
            

若 frame buffer 驱动程序是静态链接到内核中，一个新的 entry 必须要加到这个表中。 若该驱动程序是使用 insmod/rmmod 动态加载到内核，则不必关心这个结构。

static struct file_operations fb_ops ={
            owner: THIS_MODULE,
            read: fb_read,
            write: fb_write,
            ioctl: fb_ioctl,
            mmap: fb_mmap,
            open: fb_open,
            release: fb_release
            };
            

这是用户应用程序的接口，fbmem.c 实现了这些函数。

register/unregister framebuffer：

 register_framebuffer(struct fb_info *fb_info)
            unregister_framebuffer(struct fb_info *fb_info)
            

这是底层 frame buffer 设备驱动程序的接口。驱动程序使用这对函数实现注册和撤销操作。底层驱动程序的工作基本上是填充 fb_info 结构，然后注册它。