frame buffer device驱动程序（2）

Framebuffer驱动程序模型
下图会向你展示目前的framebuffer设备驱动的结构，最常用的是非标准驱动。很明显他所处的层次最高，程序编写是最容易的。理解了这个图的，你已经很轻松的去完成一个fb驱动，比如给sa1100,s2410,s2440系列的ARM的LCD控制器写驱动。

Color Map 剖析
在framebuffer驱动程序设计中，cmap这个东东太晕了。现在我要把他赤裸裸的剖析给大家：）
1． struct fb_cmap

/*颜色映射表*/
struct fb_cmap {
       __u32 start;                  /* First entry   */
       __u32 len;                    /* Number of entries */
       __u16 *red;                  /* 红色   */
       __u16 *green;               /*绿色*/
       __u16 *blue;                 /*蓝色*/
       __u16 *transp;                     /* 透明度,允许 NULL */
};
该结构在fb.h文件中定义，在struct fb_ops结构中有两个成员函数与其相关：
    /*获取颜色表*/
    int (*fb_get_cmap)(struct fb_cmap *cmap, int kspc, int con, struct fb_info *info);
    /*设定颜色表*/
    int (*fb_set_cmap)(struct fb_cmap *cmap, int kspc, int con, struct fb_info *info);
在struct fb_info结构中有变量：
struct fb_cmap cmap;                 /* Current cmap */
在fpgen基础操作下提供：
extern int fbgen_get_cmap(struct fb_cmap *cmap, int kspc, int con, struct fb_info *info);
extern int fbgen_set_cmap(struct fb_cmap *cmap, int kspc, int con, struct fb_info *info);

在文件/* drivers/video/fbcmap.c */中提供更多的cmap应用
extern int fb_alloc_cmap(struct fb_cmap *cmap, int len, int transp);
extern void fb_copy_cmap(struct fb_cmap *from, struct fb_cmap *to, int fsfromto);
extern int fb_get_cmap(struct fb_cmap *cmap, int kspc,
int (*getcolreg)(u_int, u_int *, u_int *, u_int *,u_int *, struct fb_info *),
                                struct fb_info *fb_info);
extern int fb_set_cmap(struct fb_cmap *cmap, int kspc,
                              int (*setcolreg)(u_int, u_int, u_int, u_int, u_int,struct fb_info *),
                              struct fb_info *fb_info);
extern struct fb_cmap *fb_default_cmap(int len);
extern void fb_invert_cmaps(void);

2． 通过文件解析
在anakinfb.c文件中，cmap如图


在stifb.c

本文介绍的设备是位于/video目录下面的anakinfb.c驱动程序。虽然我不清楚那个设备的特性，但是从对程序的分析中我们仍然知道如何编写一个frame buffer设备驱动。

    本文是个标准的fb驱动。共221行，包含函数如下：

1. static int anakinfb_getcolreg(u_int regno, u_int *red, u_int *green, u_int *blue, u_int *transp, struct fb_info *info) 31行
2. static int anakinfb_setcolreg(u_int regno, u_int red, u_int green, u_int blue,u_int transp, struct fb_info *info) 45行
3. static int anakinfb_get_fix(struct fb_fix_screeninfo *fix, int con, struct fb_info *info) 57行
4. static int anakinfb_get_var(struct fb_var_screeninfo *var, int con, struct fb_info *info) 75行
5. static int anakinfb_set_var(struct fb_var_screeninfo *var, int con, struct fb_info *info) 111行
6. static int anakinfb_get_cmap(struct fb_cmap *cmap, int kspc, int con,     struct fb_info *info) 117行
7. static int anakinfb_set_cmap(struct fb_cmap *cmap, int kspc, int con,     struct fb_info *info) 130行
8. static int anakinfb_switch_con(int con, struct fb_info *info) 147行
9. static int anakinfb_updatevar(int con, struct fb_info *info) 155行
10. static void anakinfb_blank(int blank, struct fb_info *info) 161行
11. int __init anakinfb_init(void) 178行

函数1，2是寄存器操作用。函数3，4，5，6，7是fb_ops函数。函数8用于切换控制台。函数9用于更新变量。函数10用于闪烁屏幕。函数11用于初始化设备。
    很奇怪，对fb设备的读写函数怎么没有！值得说明的是open,release,read,write,ioctl,mmap等函数的实现是由fbmem.c文件实现了。也就是说所有的fb设备在给定了fb_info后，所有的操作都是一样的。在明确的fb_info前提下，fbmem.c中的函数可以工作的很好。这样大家应该感到非常轻松了吧，只要完成上述的几个设备相关的函数，frame buffer设备的驱动就写完了：）
    系统的结构如图：

Stifb驱动模型
linux/drivers/video/stifb.c - Generic frame buffer driver for HP * workstations with STI (standard text interface) video firmware.
这个驱动程序和前面的anakin设备完全不同，因为他不是采用标准的格式，而是根据based on skeletonfb, which wasCreated 28 Dec 1997 by Geert Uytterhoeven也就是skeletonfb.c提供的框架完成的。

共230行，包含函数如下：

1. static int sti_encode_fix(struct fb_fix_screeninfo *fix, const void *par, struct fb_info_gen *info) 60行
2. static int sti_decode_var(const struct fb_var_screeninfo *var,void *par, struct fb_info_gen *info) 71行
3. static int sti_encode_var(struct fb_var_screeninfo *var, const void *par, struct fb_info_gen *info) 78行
4. static void sti_get_par(void *par, struct fb_info_gen *info) 94行
5. static void sti_set_par(const void *par, struct fb_info_gen *info) 99行
6. static int sti_getcolreg(unsigned regno, unsigned *red, unsigned *green, unsigned *blue, unsigned *transp, struct fb_info *info) 104行
7. static int sti_setcolreg(unsigned regno, unsigned red, unsigned green, unsigned blue, unsigned transp, struct fb_info *info) 111行
8. static void sti_set_disp(const void *par, struct display *disp, struct fb_info_gen *info) 118行
9. static void sti_detect(void) 127行
10. static int sti_blank(int blank_mode, const struct fb_info *info) 132行
11. int __init stifb_init(void) 161行
12. void stifb_cleanup(struct fb_info *info) 201行
13. int __init stifb_setup(char *options) 208行

其中1到10是必须的，参考下面的图。11是初始化代码。12．13没有完成具体功能。

再给出fb_fix_screeninfo系统调用结构图：

Frame buffer与console
Framebuffer作为显卡在内核中的注册设备，为了满足应用需要，通常还要为console操作提供专用操作函数。Console是系统提供的一种特殊的文本输出终端，如图所示。常用的console已经不再是从前的单色显示，而是16色或者更多颜色显示。根据文本的代表的不同属性，显示不同的颜色。

把对console的支持内嵌到fb的驱动中，或许有其自己的道理，我没有看出来。不过既然要提供这种支持，我们的驱动程序就要添枝加叶了。

在准fb设备设备驱动中是没有对console支持的。只有在非标准的fb驱动，也就是基于skeletonfb.c架构的程序，需要提供这部分代码。下面从各个方面介绍framebuffer对console的支持。

1.       各个文件中的支持
fb.h文件中
struct fb_info结构中：
struct display *disp;              /* initial display variable */
    struct vc_data *display_fg;           /* Console visible on this display */
int (*changevar)(int);            /* tell console var has changed */
    int (*switch_con)(int, struct fb_info*); /* tell fb to switch consoles */

fbgen.c文件中：
void fbgen_set_disp(int con, struct fb_info_gen *info)
int fbgen_update_var(int con, struct fb_info *info)
int fbgen_switch(int con, struct fb_info *info)

新增加文件fbcon.c
struct display fb_display[MAX_NR_CONSOLES];
char con2fb_map[MAX_NR_CONSOLES];
…..

新增加文件fbcon.h：
struct display_switch
struct display

新增文件console_struct.h:
struct vc_data
……

2.       console中的颜色设定
该部分内容准备略掉，可以自行参考fbcon-cfb*.c文件。

3.       console和fb的高层理解
当我们在fb中引入console后，就相当于把一张白纸变成了一个日记本。本来对于fb来说只有颜色和位置的关系，引入console后，首先就是console的描述。
   每个console相当于日记本的一页，不同的console可以切换。Console因为是要显示文本，又和字体联系到一起。Console的管理是十分复杂的，远远超过了framebuffer本身。在RH9中，我们可以自己体验一下console和fb的协调问题。
    使用Init3多用户模式登陆，这里是没有X server支持的。所有的输入输出都是基于console的。Framebuffer就相当于你的显示器。通过ALT+CTRL+F*，我们可以切换到不同的console，而每个console的设置都可以很独立的完成。每隔console会在自己的数据区记录历史命令，在不同的console可以登陆不同的用户到系统。但是，因为只有一个屏幕，所以当前可视的console只有一个。Frame buffer驱动程序要能够根据ALT+CTRL+F*切换命令去完成console的切换显示。
   这样大家应该明白frame buffer和console的关系了吧。后续我们会具体讲述fb对console的支持。但是对console本身不会设计太多，具体参考tty或console的设计。当完成了fb对console的支持，frame buffer device driver设计就完了：）

Fb console中的字体
/driver/video目录下:
font_6x11.c,font_8x8.c,font_8x16.c
font_acorn_8x8.c,font_pearl_8x8.c,
font_sun8x16.c,font_sun12x22.c
fonts.c
这些文件都是用来处理在fbcon中的字体显示问题。其中除最后一个文件fonts.c外，其他都是字模文件由cpi2fnt产生。

/include/video/目录下：
font.h
1．          首先介绍font.h文件
font.h文件中，定义了字体的描述结构
struct fbcon_font_desc {
    int idx;     //字体的索引号
    char *name;//字体的描述
    int width, height;//字模的宽和高
    void *data;//字模的起始指针
    int pref;    //额外信息，平台用
};
width的值不一定是8的整数倍，考虑到计算机存储的问题，即使width小于8的整数倍，存储时仍以字节为单位，不足的右补齐0。
Linux内核自带了7种字体，name依次为：
font_vga_8x8,
                            font_vga_8x16,
                            font_pearl_8x8,
                            font_vga_6x11,
                            font_sun_8x16,
                            font_sun_12x22,
                            font_acorn_8x8;
根据定义name长度不大于32字节。

2．          Font.c文件
/* 根据字体名返回该字体的描述结构 */
struct fbcon_font_desc *fbcon_find_font(char *name);
/*根据屏幕大小，获取默认字体描述 */
struct fbcon_font_desc *fbcon_get_default_font(int xres, int yres);
由此看来，linux中基于fbcon的字体比较单一，描述和使用也相对简单。主要是由于采用字模描述，只描述256个ascii字符，故存储空间不大，从2048到11264不等。

Fbcon中的颜色查找表
Fbcon-cfbx表示该console使用的是xbpp颜色描述。颜色数为2^x。
在此，我们仅以x=8,x=24举例，使用颜色分别是256色和真彩16M。
/driver/video/fbcon-cfb8.c
/driver/video/fbcon-cfb24.c
/include/video/fbcon-cfb8.h
/include/video/fbcon-cfb24.h
这4个文件实现的具体的操作，而fbcon的底层操作，参考前面的fbcon的介绍，不重复了：）
实现fbcon的颜色映射只需完成下面的功能，以fb8为例：
struct display_switch fbcon_cfb8;  
void fbcon_cfb8_setup(struct display *p);
void fbcon_cfb8_bmove(struct display *p, int sy, int sx, int dy, int dx, int height, int width);
void fbcon_cfb8_clear(struct vc_data *conp, struct display *p, int sy, int sx, int height, int width);
void fbcon_cfb8_putc(struct vc_data *conp, struct display *p, int c, int yy, int xx);
void fbcon_cfb8_putcs(struct vc_data *conp, struct display *p, const unsigned short *s, int count, int yy, int xx);
void fbcon_cfb8_revc(struct display *p, int xx, int yy);
void fbcon_cfb8_clear_margins(struct vc_data *conp, struct display *p,int bottom_only);

fbcon_cfb8是系统的实现关键，具体解释参考fbcon介绍。
fbcon_cfb8_setup函数完成设定display结构中next_line和next_palne的值。
fbcon_cfb8_bmove函数完成当前坐标的移动。
fbcon_cfb8_clear函数通过调用rectfill函数清屏幕缓冲区。
fbcon_cfb8_putc函数向屏幕输出单字符，字体宽度必须小于等于16。
fbcon_cfb8_putcs函数向屏幕输出字符串。
fbcon_cfb8_revc函数从屏幕输入单个字符，并回显到fb上。
fbcon_cfb8_clear_margins函数和fbcon_cfb8_clear类似，调用rectfill清除区域。
其中，fb_writel函数和fb_readl函数实现输入输出的底层操作。这两个函数实际上实在fbcon_h中定义的宏操作，IOMEM操作而已。
关注一下“(nibbletab_cfb8[*cdat++ >> 4] & eorx) ^ bgx,”
这是所谓8bpp的具体实现，不同的位深就在写fb缓冲时体现了。让我们从后向前分析，
1.()^bgx，颜色和背景色异或，只有这样才能保证背景色改变时，文字一直显示。
2．~&eorx，eorx是前景色和背景色异或后的值，只有在前景色和背景色一致的时候，eorx才是0。
3. nibbletab_cfb8[~]，根据字体的~值，调用查找表，取颜色值
4．~从字体文件中去读字模的值。
还有点疑问，就是这两句的作用，attr_fgcol在fbcon_h中定义：
fgx=attr_fgcol(p,c);
    bgx=attr_bgcol(p,c);
从前面的看，c应该是个字符的ascii码，ascii与颜色有什么关系呢？研究中….