LCD驱动分析(二)：framebuffer结构的介绍

基于S5PV210下Framebuffer驱动的分析

1.       知道Framebuffer的工作原理

2.       了解Framebuffer的架构

3.       Framebuffer的注册，驱动实现的机制

Frame： 你所看到的屏幕的图像，或者在一个窗口中的图像，就叫一帧

Buffer： 一段ram，用来暂存图像的数据，这些数据会被直接写入到先试显示设备

从上得知framebuffer并不具备任何数据运算的能力，你可以简单的把它理解为一个媒介！允许应用程序通过FrameBuffer定义好的接口访问这些图形设备，从而不用去关心具体的硬件细节。

帧缓冲设备为标准的字符型设备，在Linux中主设备号29，定义在/linux/major.h中的FB_MAJOR，次设备号定义帧缓冲的个数，最大允许有32个FrameBuffer，定义在/include/linux/fb.h中的FB_MAX，采用了“文件层---驱动层”的接口方式,对应于文件系统下/dev/fb%d设备文件。

帧缓冲设备驱动在Linux子系统中的结构如下：

 

我们从上面这幅图看，帧缓冲设备在Linux中也可以看做是一个完整的子系统，大体由fbmem.c和xxxfb.c（对应我们的s3cfb.c）组成。向上给应用程序提供完善的设备文件操作接口(即对FrameBuffer设备进行read、write、ioctl等操作)，接口在Linux提供的fbmem.c文件中实现；向下提供了硬件操作的接口，只是这些接口Linux并没有提供实现，因为这要根据具体的LCD控制器硬件进行设置，所以这就是我们要做的事情了(即s3cfb.c部分的实现)。

framebuffer数据结构及接口函数 

从帧缓冲设备驱动程序结构看，该驱动主要跟fb_info结构体有关，该结构体记录了帧缓冲设备的全部信息，包括设备的设置参数、状态以及对底层硬件操作的函数指针。在Linux中，每一个帧缓冲设备都必须对应一个fb_info，fb_info在/linux/fb.h中的定义如下：(只列出重要的一些)

struct fb_info {
    int node;
    int flags;
    struct fb_var_screeninfo var;/*LCD可变参数结构体*/
    struct fb_fix_screeninfo fix;/*LCD固定参数结构体*/
    struct fb_monspecs monspecs; /*LCD显示器标准*/
    struct work_struct queue; /*帧缓冲事件队列*/
    struct fb_pixmap pixmap; /*图像硬件mapper*/
    struct fb_pixmap sprite; /*光标硬件mapper*/
    struct fb_cmap cmap; /*当前的颜色表*/
    struct fb_videomode *mode; /*当前的显示模式*/
#ifdef CONFIG_FB_BACKLIGHT
    struct backlight_device *bl_dev;/*对应的背光设备*/
    struct mutex bl_curve_mutex;
    u8 bl_curve[FB_BACKLIGHT_LEVELS];/*背光调整*/
#endif
#ifdef CONFIG_FB_DEFERRED_IO
    struct delayed_work deferred_work;
    struct fb_deferred_io *fbdefio;
#endif
    struct fb_ops *fbops; /*对底层硬件操作的函数指针*/
    struct device *device;
    struct device *dev; /*fb设备*/
    int class_flag;
#ifdef CONFIG_FB_TILEBLITTING
    struct fb_tile_ops *tileops; /*图块Blitting*/
#endif
    char __iomem *screen_base; /*虚拟基地址*/
    unsigned long screen_size; /*LCD IO映射的虚拟内存大小*/
    void *pseudo_palette; /*伪16色颜色表*/
#define FBINFO_STATE_RUNNING 0
#define FBINFO_STATE_SUSPENDED 1
    u32 state; /*LCD的挂起或恢复状态*/
    void *fbcon_par;
    void *par;
};

其中，比较重要的成员有struct fb_var_screeninfo var、struct fb_fix_screeninfo fix和struct fb_ops *fbops，他们也都是结构体。

fb_var_screeninfo结构体主要记录用户可以修改的控制器的参数，比如屏幕的分辨率和每个像素的比特数等，该结构体定义如下：

 

struct fb_var_screeninfo {
    __u32 xres; /*可见屏幕一行有多少个像素点*/
    __u32 yres; /*可见屏幕一列有多少个像素点*/
    __u32 xres_virtual; /*虚拟屏幕一行有多少个像素点*/
    __u32 yres_virtual; /*虚拟屏幕一列有多少个像素点*/
    __u32 xoffset; /*虚拟到可见屏幕之间的行偏移*/
    __u32 yoffset; /*虚拟到可见屏幕之间的列偏移*/
    __u32 bits_per_pixel; /*每个像素的位数即BPP*/
    __u32 grayscale; /*非0时，指的是灰度*/
    struct fb_bitfield red; /*fb缓存的R位域*/
    struct fb_bitfield green; /*fb缓存的G位域*/
    struct fb_bitfield blue; /*fb缓存的B位域*/
    struct fb_bitfield transp; /*透明度*/
    __u32 nonstd; /* != 0 非标准像素格式*/
    __u32 activate;
    __u32 height; /*高度*/
    __u32 width; /*宽度*/
    __u32 accel_flags;
    /*定时：除了pixclock本身外，其他的都以像素时钟为单位*/
    __u32 pixclock; /*像素时钟(皮秒)*/
    __u32 left_margin; /*行切换，从同步到绘图之间的延迟*/
    __u32 right_margin; /*行切换，从绘图到同步之间的延迟*/
    __u32 upper_margin; /*帧切换，从同步到绘图之间的延迟*/
    __u32 lower_margin; /*帧切换，从绘图到同步之间的延迟*/
    __u32 hsync_len; /*水平同步的长度*/
    __u32 vsync_len; /*垂直同步的长度*/
    __u32 sync;
    __u32 vmode;
    __u32 rotate;
    __u32 reserved[5]; /*保留*/
};

而fb_fix_screeninfo结构体又主要记录用户不可以修改的控制器的参数，比如屏幕缓冲区的物理地址和长度等，该结构体的定义如下：

 

struct fb_fix_screeninfo {
    char id[16]; /*字符串形式的标示符 */
    unsigned long smem_start; /*fb缓存的开始位置 */
    __u32 smem_len; /*fb缓存的长度 */
    __u32 type; /*看FB_TYPE_* */
    __u32 type_aux; /*分界*/
    __u32 visual; /*看FB_VISUAL_* */
    __u16 xpanstep; /*如果没有硬件panning就赋值为0 */
    __u16 ypanstep; /*如果没有硬件panning就赋值为0 */
    __u16 ywrapstep; /*如果没有硬件ywrap就赋值为0 */
    __u32 line_length; /*一行的字节数 */
    unsigned long mmio_start; /*内存映射IO的开始位置*/
    __u32 mmio_len; /*内存映射IO的长度*/
    __u32 accel;
    __u16 reserved[3]; /*保留*/
};

fb_ops结构体是对底层硬件操作的函数指针，该结构体中定义了对硬件的操作有:(这里只列出了常用的操作)

 

struct fb_ops {
    struct module *owner;
    //检查可变参数并进行设置
    int (*fb_check_var)(struct fb_var_screeninfo *var, struct fb_info *info);
    //根据设置的值进行更新，使之有效
    int (*fb_set_par)(struct fb_info *info);
    //设置颜色寄存器
    int (*fb_setcolreg)(unsigned regno, unsigned red, unsigned green,
             unsigned blue, unsigned transp, struct fb_info *info);
    //显示空白
    int (*fb_blank)(int blank, struct fb_info *info);
    //矩形填充
    void (*fb_fillrect) (struct fb_info *info, const struct fb_fillrect *rect);
    //复制数据
    void (*fb_copyarea) (struct fb_info *info, const struct fb_copyarea *region);
    //图形填充
    void (*fb_imageblit) (struct fb_info *info, const struct fb_image *image);
};

LCD参数的配置

在S5PV210中，LCD控制器被集成在芯片的内部作为一个相对独立的单元，所以Linux把它看做是一个平台设备，故在内核代码/arch/arm/plat-s5p/devs.c中定义有LCD相关的平台设备及资源，代码如下：

 

/* LCD Controller */
//LCD控制器的资源信息
static struct resource s3cfb_resource [] = {
    [0] = {
        .start = S5P_PA_LCD, //控制器IO端口开始地址(0xf8000000)
        .end = S5P_PA_LCD + S5P_SZ_LCD - 1,//控制器IO端口结束地址(1M)
        .flags = IORESOURCE_MEM,//标识为LCD控制器IO端口，在驱动中引用这个就表示引用IO端口
    },
    [1] = {
        .start = IRQ_LCD1,//LCD中断
        .end = IRQ_LCD1,
        .flags = IORESOURCE_IRQ,//标识为LCD中断
    }
};
static u64 fb_dma_mask = 0xffffffffUL;
struct platform_device s3c_device_fb = {
    .name = "s3cfb",//作为平台设备的LCD设备名
    .id = -1,
    .num_resources = ARRAY_SIZE(s3cfb_resource),//资源数量
    .resource = s3cfb_resource,//引用上面定义的资源
    .dev = {
        .dma_mask = &fb_dma_mask,
        .coherent_dma_mask = 0xffffffffUL
    }
};
EXPORT_SYMBOL(s3c_device_fb);//导出定义的LCD平台设备，好在mach-t34h.c的smdkv210_devices[]中添加到平台设备列表中

除此之外，Linux还在/arch/arm/plat-s5p/include/plat/fb.h中为LCD平台设备定义了一个s3c_platform_fb结构体，该结构体主要是记录LCD的硬件参数信息(比如该结构体的s3cfb_lcdy成员结构中就用于记录LCD的屏幕尺寸、屏幕信息、可变的屏幕参数、LCD配置寄存器等)，这样在写驱动的时候就直接使用这个结构体。下面，我们来看一下内核是如果使用这个结构体的。在/arch/arm/mach-s5pv210/mach-t34h.c中定义有：

 

/* LCD driver info */
//LCD硬件的配置信息，这些参数要根据具体的LCD屏进行设置
static struct s3c_platform_fb lte480wv_fb_data __initdata = {
    .width = 1024,//屏幕宽度
    .height = 600,//屏幕高度
    //以下一些参数在上面的时序图分析中讲到过,各参数的值请跟据具体的LCD屏数据手册结合上面时序分析来设定
    . freq = 60,//像素时钟
    .bpp = 24,//色位模式
    . h_fp = 160,//行切换，从同步到绘图之间的延迟
    . h_bp = 160,//行切换，从绘图到同步之间的延迟
    . h_sw = 2,//水平同步的长度
    . v_fp = 12,//帧切换，从同步到绘图之间的延迟
    . v_bp= 23,//帧切换，从绘图到同步之间的延迟
    . v_sw = 2,//垂直同步的长度
};
static struct s3c_platform_fb lte480wv_fb_data __initdata = {
    .hw_ver    = 0x62,
    .nr_wins = 5,
    .default_win = CONFIG_FB_S3C_DEFAULT_WINDOW,
    .swap = FB_SWAP_WORD | FB_SWAP_HWORD,

    .lcd = &lte480wv,
    .cfg_gpio    = s3cfb_cfg_gpio,
    .backlight_on    = s3cfb_backlight_on,
    .backlight_off = s3cfb_backlight_off,
    .lcd_on = s3cfb_lcd_on,
    .lcd_off = s3cfb_lcd_off,
};