Linux的帧缓冲设备

帧缓冲（framebuffer）是Linux为显示设备提供的一个接口，把显存抽象后的一种设备，他允许上层应用程序在图形模式下直接对显示缓冲区进行读写操作。这种操作是抽象的，统一的。用户不必关心物理显存的位置、换页机制等等具体细节。这些都是由Framebuffer设备驱动来完成的。
帧缓冲驱动的应用广泛，在linux的桌面系统中，Xwindow服务器就是利用帧缓冲进行窗口的绘制。尤其是通过帧缓冲可显示汉字点阵，成为Linux汉化的唯一可行方案。  
    Linux FrameBuffer 本质上只是提供了对图形设备的硬件抽象，在开发者看来，FrameBuffer 是一块显示缓存，往显示缓存中写入特定格式的数据就意味着向屏幕输出内容。所以说FrameBuffer就是一块白板。例如对于初始化为16 位色的FrameBuffer 来说， FrameBuffer中的两个字节代表屏幕上一个点，从上到下，从左至右，屏幕位置与内存地址是顺序的线性关系。
    帧缓存可以在系统存储器(内存)的任意位置，视频控制器通过访问帧缓存来刷新屏幕。 帧缓存也叫刷新缓存 Frame buffer 或 refresh buffer, 这里的帧(frame)是指整个屏幕范围。  
    帧缓存有个地址，是在内存里。我们通过不停的向frame buffer中写入数据， 显示控制器就自动的从frame buffer中取数据并显示出来。全部的图形都共享内存中同一个帧缓存。
    CPU指定显示控制器工作，则显示控制器根据CPU的控制到指定的地方去取数据 和 指令， 目前的数据一般是从显存里取， 如果显存里存不下，则从内存里取， 内存也放不下，则从硬盘里取，当然也不是内存放不下，而是为了节省内存的话，可以放在硬盘里，然后通过 指令控制显示控制器去取。帧缓存 Frame Buffer，里面存储的东西是一帧一帧的， 显卡会不停的刷新Frame Buffer, 这每一帧如果不捕获的话， 则会被丢弃，也就是说是实时的。这每一帧不管是保存在内存还是显存里， 都是一个显性的信息， 这每一帧假设是800x600的分辨率， 则保存的是800x600个像素点，和颜色值。
    显示器可以显示无限种颜色，目前普通电脑的显卡可以显示32位真彩、24位真彩、16位增强色、256色。除256色外，大家可以根据自己的需要在显卡的允许范围之内随意选择。很多用户有一种错误概念，认为256色是最高级的选项，而实际上正好相反。256色是最低级的选项，它已不能满足彩色图像的显示需要。16位不是16种颜色，而是2的16次平方(256×256)种颜色，但256色就是256(2的8次平方)种颜色。所以16位色要比256色丰富得多。

    帧缓冲设备对应的设备文件为/dev/fb*，如果系统有多个显示卡，Linux下还可支持多个帧缓冲设备，最多可达32 个，分别为/dev/fb0到/dev/fb31，而/dev/fb则为当前缺省的帧缓冲设备，通常指向/dev/fb0。当然在嵌入式系统中支持一个显示设备就够了。帧缓冲设备为标准字符设备，主设备号为29，次设备号则从0到31。分别对应/dev/fb0-/dev/fb31。通过/dev/fb，应用程序的操作主要有这几种：  

1． 读/写（read/write）/dev/fb：相当于读/写屏幕缓冲区。例如用 cp /dev/fb0 tmp命令可将当前屏幕的内容拷贝到一个文件中，而命令cp tmp > /dev/fb0 则将图形文件tmp显示在屏幕上。

2．映射（map）操作：由于Linux工作在保护模式，每个应用程序都有自己的虚拟地址空间，在应用程序中是不能直接访问物理缓冲区地址的。为此， Linux在文件操作 file_operations结构中提供了mmap函数，可将文件的内容映射到用户空间。对于帧缓冲设备，则可通过映射操作，可将屏幕缓冲区的物理地址映射到用户空间的一段虚拟地址中，之后用户就可以通过读写这段虚拟地址访问屏幕缓冲区，在屏幕上绘图了。实际上，使用帧缓冲设备的应用程序都是通过映射操作来显示图形的。由于映射操作都是由内核来完成，下面我们将看到，帧缓冲驱动留给开发人员的工作并不多。

3． I/O控制：对于帧缓冲设备，对设备文件的ioctl操作可读取/设置显示设备及屏幕的参数，如分辨率，显示颜色数，屏幕大小等等。ioctl的操作是由底层的驱动程序来完成的。  

在应用程序中，操作/dev/fb的一般步骤如下：  

1． 打开/dev/fb设备文件。  
2． 用ioctrl操作取得当前显示屏幕的参数，如屏幕分辨率，每个像素点的比特数。根据屏幕参数可计算屏幕缓冲区的大小。  
3． 将屏幕缓冲区映射到用户空间。  
4． 映射后就可以直接读写屏幕缓冲区，进行绘图和图片显示了。  

典型程序段如下：  

#include   
int main()  
{  
int fbfd = 0;  
struct fb_var_screeninfo vinfo;  
struct fb_fix_screeninfo finfo;  
long int screensize = 0;  
/*打开设备文件*/  
fbfd = open("/dev/fb0", O_RDWR);  
/*取得屏幕相关参数*/  
ioctl(fbfd, FBIOGET_FSCREENINFO, &finfo);  
ioctl(fbfd, FBIOGET_VSCREENINFO, &vinfo);  
/*计算屏幕缓冲区大小*/  
screensize = vinfo.xres * vinfo.yres * vinfo.bits_per_pixel / 8;  
/*映射屏幕缓冲区到用户地址空间*/  
fbp=(char*)mmap(0,screensize,PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_SHARED, fbfd, 0);  
/*下面可通过fbp指针读写缓冲区*/