Chinaunix首页 | 论坛 | 博客
  • 博客访问: 116021
  • 博文数量: 20
  • 博客积分: 0
  • 博客等级: 民兵
  • 技术积分: 77
  • 用 户 组: 普通用户
  • 注册时间: 2014-01-21 09:11
文章分类

全部博文(20)

文章存档

2015年(1)

2014年(19)

我的朋友

分类:

2014-04-24 20:28:32

原文地址:framebuffer驱动全篇 作者:futurepeter

在后续的几篇里面会详细介绍如何编写一个显卡的驱动程序。
framebuffer device在内核里面作为显卡驱动模型,许多函数和数据结构都是特定,正是这些特定的东西为我们的编程提供了方便。

要开发frame buffer device驱动,你应该阅读Source\Source\Documentation\fb下面的说明文件,三个重要文件00-INDEX, framebuffer.txt,internals.txt,其他文件都是针对具体显卡芯片的说明了。


文件00-INDEX译文
文档/documentation/fb的索引文件。如果你对frame buffer设备有什么想法,mail:Geert Uytterhoeven <>
00-index 这个文件
framebuffer.txt--- frame buffer 设备介绍
internals.txt----frame buffer设备内部快速浏览
modedb.txt----关于视频模式的资料
aty128fb.txt----关于ATI Rage128显卡的frame buffer设备
clgenfb.txt-----关于Cirrus Logic的显卡
matroxfb.txt----关于Matrox的显卡
pvr2fb.txt----关于PowerVR 2的显卡
tgafb.txt----关于TGA(DECChip 21030)显卡
vesafb.txt----关于VESA显卡
帧缓冲设备(framebuffer.txt译文)
维护: Geert Uytterhoeven
最后校正:   May 10, 2001
翻译:

0.介绍
帧缓冲设备提供了显卡的抽象描述。他同时代表了显卡上的显存,应用程序通过定义好的接口可以访问显卡,而不需要知道底层的任何操作。
 
该设备使用特殊的设备节点,通常位于/dev目录,如/dev/fb*.
 
1.用户角度的/dev/fb*
从用户的角度看,帧缓冲设备和其他位于/dev下面的设备类似。他是一个字符设备,通常
主设备号是29,次设备号定义帧缓冲的个数。
 
通常,使用如下方式(前面的数字代码次设备号)
        0 = /dev/fb0    First frame buffer
        1 = /dev/fb1    Second frame buffer
      ...
        31 = /dev/fb31  32nd frame buffer
    
考虑到向下兼容,你可以创建符号链接:
      /dev/fb0current -> fb0
     /dev/fb1current -> fb1

and so on...
 
帧缓冲设备也是一种普通的内存设备,你可以读写其内容。例如,对屏幕抓屏:
  cp /dev/fb0 myfile

你也可以同时有多个显示设备,例如你的主板上出了内置的显卡还有另一独立的
显卡。对应的帧缓冲设备(/dev/fb0 and /dev/fb1 etc.)可以独立工作。
 
应用程序如 X server一般使用/dev/fb0作为默认的显示帧缓冲区。你可以自定
把某个设备作为默认的帧缓冲设备,设置$FRAMEBUFFER环境变量即可。在sh/bash:
    export FRAMEBUFFER=/dev/fb1

在csh中:

    setenv FRAMEBUFFER /dev/fb1
   
设定后,X server将使用第二个帧缓冲区设备。
 
2.程序员角度看/dev/fb*
正如你所知,一个帧缓冲设备和内存设备类似/dev/mem,并且有许多共性。你可以
read,write,seek以及mmap()。不同仅仅是帧缓冲的内存不是所有的内存区,而是显卡
专用的那部分内存。
 
/dev/fb*也允许尽心ioctl操作,通过ioctl可以读取或设定设备参数。颜色映射表
也是通过Ioctl设定。查看就知道有多少ioctl应用以及相关数据结构。
这里给出摘要:
 
  - 你可以获取设备一些不变的信息,如设备名,屏幕的组织(平面,象素,...)对应内存区
    的长度和起始地址。

  - 也可以获取能够发生变化的信息,例如位深,颜色格式,时序等。如果你改变这些值,
    驱动程序将对值进行优化,以满足设备特性(返回EINVAL,如果你的设定,设备不支持)

  - 你也可以获取或设定部分颜色表。
 
 所有这些特性让应用程序十分容易的使用设备。X server可以使用/dev/fb*而不需知道硬件
 的寄存器是如何组织的。 XF68_FBDev是一个用于位映射(单色)X server,唯一要做的就是
 在应用程序在相应的位置设定是否显示。
 
 在新内核中,帧缓冲设备可以工作于模块中,允许动态加载。这类驱动必须调用
 register_framebuffer()在系统中注册。使用模块更方便!
 
3.帧缓冲分辨率设定
 
帧缓冲的分辨率可以用工具fbset设定。他可以改变视频设备的显示模式。主要就是
改变当前视频模式,如在启动过程中,在/etc/rc.* 或 /etc/init.d/* 文件中调用,
可以把视频模式从单色显示变成真彩.
 
fbset使用存储在配置文件中的视频模式数据表,你可以在文件中增加自己需要的显示模式。
 
4.X Server
 
X server (XF68_FBDev)是对帧缓冲设备的最主要应用。从XFree86  3.2后,X server就是
XFree86 的一部分了,有2个工作模式:
 
  - 在/etc/XF86Config文件中,如果`Display'段关于 `fbdev'的配置:

    Modes "default"

    X server 将使用前面讨论的,从环境变量$FRAMEBUFFER获取当前帧缓冲设备.
    你也可以设定颜色位深,使用Depth关键字,使用Virtual设定虚拟分辨率。这也是
    默认设置。
   

  - 然而你也可以通过设定/etc/XF86Config,改变分辨率。这样有很多灵活性,唯一的
    不足就是你必须设定刷新频率。可以用fbset -x

通过fbset或xvidtune切换显示模式。
 
5.视频模式频率
 
CRT显示器是用3个电子枪轰击磷粉完成颜色的显示的。
电子枪从左到右的水平扫描,并从上至下的垂直扫描。通过改变枪的电压,所显示的颜色
可以不同。
当电子枪完成一行扫描重新回到下一行的开始,被称作“水平折回”。当一屏幕全部
扫描完毕,电子枪将回到最左上脚,被成为“垂直折回”。在折回的途中电子枪是关闭的。
 
电子枪打点的移动速度取决于点时钟。如果点时钟是28.37516 MHz,打一个点需要
35242 ps。
    1/(28.37516E6 Hz) = 35.242E-9 s
 
如果屏幕分辨率是640x480,那么一行的时间是:
        640*35.242E-9 s = 22.555E-6 s
然而水平折回也是需要时间的,通常272个打点时间,因此一行总共需要:
        (640+272)*35.242E-9 s = 32.141E-6 s
我们就认为水平扫描的频率是31KHz:      
        1/(32.141E-6 s) = 31.113E3 Hz
 
一屏幕含有480行,加上垂直折回时间49,一屏所需的时间:
        (480+49)*32.141E-6 s = 17.002E-3 s
我们就认为垂直扫描的频率是59Hz:
        1/(17.002E-3 s) = 58.815 Hz
这也意味着屏幕数据每秒钟刷新59次。为了得到稳定的图像显示效果,VESA垂直扫描
频率不低于72Hz。但是也因人而异,有些人50Hz感觉不到任何问题,有些至少在
80Hz以上才可以。
 
由于显示器不知道什么时候新行开始扫描,显卡为每一行扫描提供水平同步信号。
类似的,他也为每一帧显示提供垂直同步信号。图像在屏幕上点的位置取决于这些
同步信号的发生时刻。
 
下图给出了所有时序的概要。水平折回的时间就是左边空白+右边空白+水平同步长度。
垂直折回的时间就是上空白+下空白+垂直同步长。     
  +----------+---------------------------------------------+----------+-------+
  |          |                ^                            |          |       |
  |          |                |upper_margin                |          |       |
  |          |                ?                           |          |       |
  +----------###############################################----------+-------+
  |          #                ^                            #          |       |
  |          #                |                            #          |       |
  |          #                |                            #          |       |
  |          #                |                            #          |       |
  |   left   #                |                            #  right   | hsync |
  |  margin  #                |       xres                 #  margin  |  len  |
  |<-------->#<---------------+--------------------------->#<-------->|<----->|
  |          #                |                            #          |       |
  |          #                |                            #          |       |
  |          #                |                            #          |       |
  |          #                |yres                        #          |       |
  |          #                |                            #          |       |
  |          #                |                            #          |       |
  |          #                |                            #          |       |
  |          #                |                            #          |       |
  |          #                |                            #          |       |
  |          #                |                            #          |       |
  |          #                |                            #          |       |
  |          #                |                            #          |       |
  |          #                ?                           #          |       |
  +----------###############################################----------+-------+
  |          |                ^                            |          |       |
  |          |                |lower_margin                |          |       |
  |          |                ?                           |          |       |
  +----------+---------------------------------------------+----------+-------+
  |          |                ^                            |          |       |
  |          |                |vsync_len                   |          |       |
  |          |                ?                           |          |       |
  +----------+---------------------------------------------+----------+-------+
  
6.把XFree86时序变成frame buffer device时序
典型的显示模式:
  "800x600"     50      800  856  976 1040    600  637  643  666
 < name >     DCF       HR  SH1  SH2  HFL     VR  SV1  SV2  VFL  
 
 而帧缓冲设备使用下面的参数:
  - pixclock: 点时钟 in ps (pico seconds)
  - left_margin: time from sync to picture
  - right_margin: time from picture to sync
  - upper_margin: time from sync to picture
  - lower_margin: time from picture to sync
  - hsync_len: length of horizontal sync
  - vsync_len: length of vertical sync
 
1) Pixelclock:
   xfree: in MHz
   fb: in picoseconds (ps)

   pixclock = 1000000 / DCF

2) horizontal timings:
   left_margin = HFL - SH2
   right_margin = SH1 - HR
   hsync_len = SH2 - SH1

3) vertical timings:
   upper_margin = VFL - SV2
   lower_margin = SV1 - VR
   vsync_len = SV2 - SV1
 
更好的VESA的例子可以在XFree86的源码中找到,
"xc/programs/Xserver/hw/xfree86/doc/modeDB.txt".
 
7. 引用
获取更多关于帧缓冲设备以及应用的参考,请访问:
    http:/linux-fbdev.sourceforge.net/
或者查阅下面的文档:
  - The manual pages for fbset: fbset(8), fb.modes(5)
  - The manual pages for XFree86: XF68_FBDev(1), XF86Config(4/5)
  - The mighty kernel sources:
      o linux/drivers/video/
      o linux/include/linux/fb.h
      o linux/include/video/  
 
帧缓冲设备的内部数据结构(internals.txt)
Geert Uytterhoeven , 21 July 1998
翻译:good02xaut@hotmail.com
       ××××帧缓冲设备中用到的结构体××××
       
以下数据结构在帧缓冲设备使用,定义。       
 
1. Outside the kernel (user space)
  - struct fb_fix_screeninfo

    帧缓冲设备中设备无关的常值数据信息。可以通过Ioctl的FBIOGET_FSCREENINFO获取。

  - struct fb_var_screeninfo

    帧缓冲设备中设备无关的变量数据信息和特定的显示模式。可以通过iotcl的FBIOGET_VSCREENINFO
    获取,并通过ioctl的FBIOPUT_VSCREENINFO设定。还有FBIOPAN_DISPLAY可以用。

  - struct fb_cmap

    设备无关的颜色表信息。你可以通过ioctl的FBIOGETCMAP 和 FBIOPUTCMAP读取或设定。
   
2. Inside the kernel
  
 - struct fb_info

    常规信息,API以及帧缓冲设备的底层信息(主板地址...).

  - struct `par'

    唯一指定该设备的显示模式的设备相关信息。

  - struct display

    帧缓冲设备和控制台驱动之间的接口。
--------------------------------------------------------------------------------

        ***  常用的帧缓冲 API  ***

Monochrome (FB_VISUAL_MONO01 and FB_VISUAL_MONO10)
-------------------------------------------------
每个象素是黑或白。
 
Pseudo color (FB_VISUAL_PSEUDOCOLOR and FB_VISUAL_STATIC_PSEUDOCOLOR)
---------------------------------------------------------------------
索引颜色显示
 
True color (FB_VISUAL_TRUECOLOR)
--------------------------------
真彩显示,分成红绿兰三基色
 
Direct color (FB_VISUAL_DIRECTCOLOR)
------------------------------------
每个象素颜色也是有红绿蓝组成,不过每个颜色值是个索引,需要查表。
 
Grayscale displays
------------------
灰度显示,红绿蓝的值都一样
 
准备开始写我们自己的驱动之前,请详细阅读如下文件:
\Documentation\fb目录  vesafb.txt,matroxfb.txt,sa1100fb.txt
\drivers\video目录          fbmem.c,fbgen.c,fbmon.c,fbcmap.c
                                      skeletonfb.c
                                      vesafb.c,sa1100fb.c,sa1100fb.h

include\linux目录            fb.h
最值得关注的是skeletonfb.c,该文件给出了一个fb device 驱动的框架
准备好了,就开始写自己的fram buffer device driver:)

还是要补充点,下面是/linux/fb.h的部分注释,加粗的是常用的,红色是关键的,一般不可少。旁边没有汉字,要么很简单没必要加注,要么就用不到!
注释:
#ifndef _LINUX_FB_H
#define _LINUX_FB_H
 
#include
#include
 
/* Definitions of frame buffers                     */
 
#define FB_MAJOR        29  /*主设备号*/
#define FB_MAX          32  /* sufficient for now */
 
/* ioctls
   0x46 is 'F'                              */
#define FBIOGET_VSCREENINFO 0x4600
#define FBIOPUT_VSCREENINFO 0x4601
#define FBIOGET_FSCREENINFO 0x4602
#define FBIOGETCMAP     0x4604
#define FBIOPUTCMAP     0x4605
#define FBIOPAN_DISPLAY     0x4606
/* 0x4607-0x460B are defined below */
/* #define FBIOGET_MONITORSPEC  0x460C */
/* #define FBIOPUT_MONITORSPEC  0x460D */
/* #define FBIOSWITCH_MONIBIT   0x460E */
#define FBIOGET_CON2FBMAP   0x460F
#define FBIOPUT_CON2FBMAP   0x4610
#define FBIOBLANK       0x4611      /* arg: 0 or vesa level + 1 */
#define FBIOGET_VBLANK      _IOR('F', 0x12, struct fb_vblank)
#define FBIO_ALLOC              0x4613
#define FBIO_FREE               0x4614
#define FBIOGET_GLYPH           0x4615
#define FBIOGET_HWCINFO         0x4616
#define FBIOPUT_MODEINFO        0x4617
#define FBIOGET_DISPINFO        0x4618
 
 
#define FB_TYPE_PACKED_PIXELS       0   /* Packed Pixels    */
#define FB_TYPE_PLANES          1   /* Non interleaved planes */
#define FB_TYPE_INTERLEAVED_PLANES  2   /* Interleaved planes   */
#define FB_TYPE_TEXT            3   /* Text/attributes  */
#define FB_TYPE_VGA_PLANES      4   /* EGA/VGA planes   */
 
#define FB_AUX_TEXT_MDA     0   /* Monochrome text */
#define FB_AUX_TEXT_CGA     1   /* CGA/EGA/VGA Color text */
#define FB_AUX_TEXT_S3_MMIO 2   /* S3 MMIO fasttext */
#define FB_AUX_TEXT_MGA_STEP16  3   /* MGA Millenium I: text, attr, 14 reserved bytes */
#define FB_AUX_TEXT_MGA_STEP8   4   /* other MGAs:      text, attr,  6 reserved bytes */
 
#define FB_AUX_VGA_PLANES_VGA4      0   /* 16 color planes (EGA/VGA) */
#define FB_AUX_VGA_PLANES_CFB4      1   /* CFB4 in planes (VGA) */
#define FB_AUX_VGA_PLANES_CFB8      2   /* CFB8 in planes (VGA) */
 
#define FB_VISUAL_MONO01        0   /* Monochr. 1=Black 0=White */
#define FB_VISUAL_MONO10        1   /* Monochr. 1=White 0=Black */
#define FB_VISUAL_TRUECOLOR     2   /* True color   */
#define FB_VISUAL_PSEUDOCOLOR       3   /* Pseudo color (like atari) */
#define FB_VISUAL_DIRECTCOLOR       4   /* Direct color */
#define FB_VISUAL_STATIC_PSEUDOCOLOR    5   /* Pseudo color readonly */
 
#define FB_ACCEL_NONE       0   /* no hardware accelerator  */
#define FB_ACCEL_ATARIBLITT 1   /* Atari Blitter        */
#define FB_ACCEL_AMIGABLITT 2   /* Amiga Blitter                */
#define FB_ACCEL_S3_TRIO64  3   /* Cybervision64 (S3 Trio64)    */
#define FB_ACCEL_NCR_77C32BLT   4   /* RetinaZ3 (NCR 77C32BLT)      */
#define FB_ACCEL_S3_VIRGE   5   /* Cybervision64/3D (S3 ViRGE)  */
#define FB_ACCEL_ATI_MACH64GX   6   /* ATI Mach 64GX family     */
#define FB_ACCEL_DEC_TGA    7   /* DEC 21030 TGA        */
#define FB_ACCEL_ATI_MACH64CT   8   /* ATI Mach 64CT family     */
#define FB_ACCEL_ATI_MACH64VT   9   /* ATI Mach 64CT family VT class */
#define FB_ACCEL_ATI_MACH64GT   10  /* ATI Mach 64CT family GT class */
#define FB_ACCEL_SUN_CREATOR    11  /* Sun Creator/Creator3D    */
#define FB_ACCEL_SUN_CGSIX  12  /* Sun cg6          */
#define FB_ACCEL_SUN_LEO    13  /* Sun leo/zx           */
#define FB_ACCEL_IMS_TWINTURBO  14  /* IMS Twin Turbo       */
#define FB_ACCEL_3DLABS_PERMEDIA2 15    /* 3Dlabs Permedia 2        */
#define FB_ACCEL_MATROX_MGA2064W 16 /* Matrox MGA2064W (Millenium)  */
#define FB_ACCEL_MATROX_MGA1064SG 17    /* Matrox MGA1064SG (Mystique)  */
#define FB_ACCEL_MATROX_MGA2164W 18 /* Matrox MGA2164W (Millenium II) */
#define FB_ACCEL_MATROX_MGA2164W_AGP 19 /* Matrox MGA2164W (Millenium II) */
#define FB_ACCEL_MATROX_MGAG100 20  /* Matrox G100 (Productiva G100) */
#define FB_ACCEL_MATROX_MGAG200 21  /* Matrox G200 (Myst, Mill, ...) */
#define FB_ACCEL_SUN_CG14   22  /* Sun cgfourteen       */
#define FB_ACCEL_SUN_BWTWO  23  /* Sun bwtwo            */
#define FB_ACCEL_SUN_CGTHREE    24  /* Sun cgthree          */
#define FB_ACCEL_SUN_TCX    25  /* Sun tcx          */
#define FB_ACCEL_MATROX_MGAG400 26  /* Matrox G400          */
#define FB_ACCEL_NV3        27  /* nVidia RIVA 128              */
#define FB_ACCEL_NV4        28  /* nVidia RIVA TNT      */
#define FB_ACCEL_NV5        29  /* nVidia RIVA TNT2     */
#define FB_ACCEL_CT_6555x   30  /* C&T 6555x            */
#define FB_ACCEL_3DFX_BANSHEE   31  /* 3Dfx Banshee         */
#define FB_ACCEL_ATI_RAGE128    32  /* ATI Rage128 family       */
#define FB_ACCEL_IGS_CYBER2000  33  /* CyberPro 2000        */
#define FB_ACCEL_IGS_CYBER2010  34  /* CyberPro 2010        */
#define FB_ACCEL_IGS_CYBER5000  35  /* CyberPro 5000        */
#define FB_ACCEL_SIS_GLAMOUR    36  /* SiS 300/630/540              */
#define FB_ACCEL_3DLABS_PERMEDIA3 37    /* 3Dlabs Permedia 3        */
/*上面的宏定义不用关心*/
 
/*不可修改的屏幕信息,用户空间可见*/
struct fb_fix_screeninfo {
    char id[16];         /* identification string eg "TT Builtin" */
    unsigned long smem_start;   /* Start of frame buffer mem 显存的起始地址*/
                  /* (physical address) */
    __u32 smem_len;          /* Length of frame buffer mem 显存的大小 */
    __u32 type;          /* see FB_TYPE_*     */
    __u32 type_aux;          /* Interleave for interleaved Planes */
    __u32 visual;        /* see FB_VISUAL_*       */
    __u16 xpanstep;          /* zero if no hardware panning  */
    __u16 ypanstep;          /* zero if no hardware panning  */
    __u16 ywrapstep;     /* zero if no hardware ywrap    */
    __u32 line_length;       /* length of a line in bytes  每行的字节数  */
    unsigned long mmio_start;   /* Start of Memory Mapped I/O   */
                  /* (physical address) */
    __u32 mmio_len;          /* Length of Memory Mapped I/O  */
    __u32 accel;           /* Type of acceleration available */
    __u16 reserved[3];       /* Reserved for future compatibility */
};
 
/* Interpretation of offset for color fields: All offsets are from the right,
 * inside a "pixel" value, which is exactly 'bits_per_pixel' wide (means: you
 * can use the offset as right argument to <<). A pixel afterwards is a bit
 * stream and is written to video memory as that unmodified. This implies
 * big-endian byte order if bits_per_pixel is greater than 8.
 */
 /*像素所占字节内,各个颜色的位分配比如RGB=888,565,555等等,*/
struct fb_bitfield {
    __u32 offset;        /* beginning of bitfield */
    __u32 length;        /* length of bitfield       */
    __u32 msb_right;     /* != 0 : Most significant bit is */
                  /* right */
};
 
/*下面的宏也不常用*/
#define FB_NONSTD_HAM       1   /* Hold-And-Modify (HAM)        */
 
#define FB_ACTIVATE_NOW     0   /* set values immediately (or vbl)*/
#define FB_ACTIVATE_NXTOPEN 1   /* activate on next open    */
#define FB_ACTIVATE_TEST    2   /* don't set, round up impossible */
#define FB_ACTIVATE_MASK       15
                    /* values           */
#define FB_ACTIVATE_VBL        16   /* activate values on next vbl  */
#define FB_CHANGE_CMAP_VBL     32   /* change colormap on vbl   */
#define FB_ACTIVATE_ALL        64   /* change all VCs on this fb    */
 
#define FB_ACCELF_TEXT      1   /* text mode acceleration */
 
#define FB_SYNC_HOR_HIGH_ACT    1   /* horizontal sync high active  */
#define FB_SYNC_VERT_HIGH_ACT   2   /* vertical sync high active    */
#define FB_SYNC_EXT     4   /* external sync        */
#define FB_SYNC_COMP_HIGH_ACT   8   /* composite sync high active   */
#define FB_SYNC_BROADCAST   16  /* broadcast video timings
 
 


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ARMLCD控制器写驱动。

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);
 
struct fb_info结构中有变量:
  struct fb_cmap cmap;                 /* Current cmap */
 
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
anakinfb.c文件中,cmap如图

 

 
在stifb.c


/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:)

/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….



FrameBuffer 驱动相关结构详解

Framebuffer对应的源文件在linux/drivers/video/目录下。总的抽象设备文件为fbcon.c,在这个目录下还有与各种显卡驱动相关的源文件。   //这个文件要好好看看

(一)、分析Framebuffer设备驱动
    需要特别提出的是在INTEL平台上,老式的VESA 1.2 卡,如CGA/EGA卡,是不能支持Framebuffer的,因为Framebuffer要求显卡支持线性帧缓冲,即CPU可以访问显缓冲中的每一位, 但是VESA 1.2 卡只能允许CPU一次访问64K的地址空间。
FrameBuffer设备驱动基于如下两个文件:
1) linux/include/linux/fb.h
2) linux/drivers/video/fbmem.c

下面分析这两个文件。
1、fb.h
   几乎主要的结构都是在这个中文件定义的。这些结构包括:
1)fb_var_screeninfo
   这个结构描述了显示卡的特性:
NOTE::::   __u32 是表示 unsigned 不带符号的 32 bits 的数据类型,其余类推。这是 Linux 内核中所用到的数据类型,如果是开发用户空间(user-space)的程序,可以根据具体计算机平台的情况,用 unsigned long 等等来代替
struct fb_var_screeninfo
{
__u32 xres; /* visible resolution */   //可视区域
__u32 yres;
__u32 xres_virtual; /* virtual resolution */  //可视区域
__u32 yres_virtual;
__u32 xoffset; /* offset from virtual to visible resolution */ //可视区域的偏移
__u32 yoffset;

__u32 bits_per_pixel; /* guess what */  //每一象素的bit数
__u32 grayscale; /* != 0 Gray levels instead of colors *///等于零就成黑白

struct fb_bitfield red; /* bitfield in fb mem if true color, */真彩的bit机构
struct fb_bitfield green; /* else only length is significant */
struct fb_bitfield blue;  
struct fb_bitfield transp; /* transparency */  透明

__u32 nonstd; /* != 0 Non standard pixel format */ 不是标准格式

__u32 activate; /* see FB_ACTIVATE_* */

__u32 height; /* height of picture in mm */ 内存中的图像高度
__u32 width; /* width of picture in mm */ 内存中的图像宽度

__u32 accel_flags; /* acceleration flags (hints) */ 加速标志

/* Timing: All values in pixclocks, except pixclock (of course) */

时序-_-这些部分就是显示器的显示方法了,可以找相关的资料看看
__u32 pixclock; /* pixel clock in ps (pico seconds) */
__u32 left_margin; /* time from sync to picture */
__u32 right_margin; /* time from picture to sync */
__u32 upper_margin; /* time from sync to picture */
__u32 lower_margin;
__u32 hsync_len; /* length of horizontal sync */  水平可视区域
__u32 vsync_len; /* length of vertical sync */   垂直可视区域
__u32 sync; /* see FB_SYNC_* */
__u32 vmode; /* see FB_VMODE_* */
__u32 reserved[6]; /* Reserved for future compatibility */ 备用-以后开发
};

2) fb_fix_screeninfon
这个结构在显卡被设定模式后创建,它描述显示卡的属性,并且系统运行时不能被修改;比如FrameBuffer内存的起始地址。它依赖于被设定的模式,当一个模式被设定后,内存信息由显示卡硬件给出,内存的位置等信息就不可以修改。

struct fb_fix_screeninfo {
char id[16]; /* identification string eg "TT Builtin" */ID
unsigned long smem_start; /* Start of frame buffer mem */ 内存起始
/* (physical address) */ 物理地址
__u32 smem_len; /* Length of frame buffer mem */ 内存大小
__u32 type; /* see FB_TYPE_* */
__u32 type_aux; /* Interleave for interleaved Planes */插入区域?
__u32 visual; /* see FB_VISUAL_* */
__u16 xpanstep; /* zero if no hardware panning */没有硬件设备就为零
__u16 ypanstep; /* zero if no hardware panning */
__u16 ywrapstep; /* zero if no hardware ywrap */
__u32 line_length; /* length of a line in bytes */ 一行的字节表示
unsigned long mmio_start; /* Start of Memory Mapped I/O */内存映射的I/O起始
/* (physical address) */
__u32 mmio_len; /* Length of Memory Mapped I/O */ I/O的大小
__u32 accel; /* Type of acceleration available */ 可用的加速类型
__u16 reserved[3]; /* Reserved for future compatibility */
};

3) fb_cmap
描述设备无关的颜色映射信息。可以通过FBIOGETCMAP 和 FBIOPUTCMAP 对应的ioctl操作设定或获取颜色映射信息.

struct fb_cmap {
__u32 start; /* First entry */ 第一个入口
__u32 len; /* Number of entries */ 入口的数字
__u16 *red; /* Red values */
__u16 *green;
__u16 *blue;
__u16 *transp; /* transparency, can be NULL */ 透明,可以为零
};

4) fb_info
定义当显卡的当前状态;fb_info结构仅在内核中可见,在这个结构中有一个fb_ops指针, 指向驱动设备工作所需的函数集。

struct fb_info {
char modename[40]; /* default video mode */ 默认的视频卡类型
kdev_t node;
int flags;
int open; /* Has this been open already ? */ 被打开过么?
#define FBINFO_FLAG_MODULE 1 /* Low-level driver is a module */
struct fb_var_screeninfo var; /* Current var */ 现在的视频信息
struct fb_fix_screeninfo fix; /* Current fix */ 修正的信息
struct fb_monspecs monspecs; /* Current Monitor specs */ 现在的显示器模式
struct fb_cmap cmap; /* Current cmap */ 当前优先级
struct fb_ops *fbops;
char *screen_base; /* Virtual address */ 物理基址
struct display *disp; /* initial display variable */初始化
struct vc_data *display_fg; /* Console visible on this display */
char fontname[40]; /* default font name */默认的字体
devfs_handle_t devfs_handle; /* Devfs handle for new name */
devfs_handle_t devfs_lhandle; /* Devfs handle for compat. symlink */兼容
int (*changevar)(int); /* tell console var has changed */ 告诉console变量修改了
int (*switch_con)(int, struct fb_info*);
/* tell fb to switch consoles */ 告诉fb选择consoles
int (*updatevar)(int, struct fb_info*);
/* tell fb to update the vars */ 告诉fb更新变量
void (*blank)(int, struct fb_info*); /* tell fb to (un)blank the screen */告诉fb使用黑白模式(或者不黑)
/* arg = 0: unblank */arg=0的时候黑白模式
/* arg > 0: VESA level (arg-1) */ arg>0时候选择VESA模式
void *pseudo_palette; /* Fake palette of 16 colors and
the cursor's color for non
palette mode */  修正调色板
/* From here on everything is device dependent */ 现在就可以使用了
void *par;
};

5) struct fb_ops
用户应用可以使用ioctl()系统调用来操作设备,这个结构就是用一支持ioctl()的这些操作的。

struct fb_ops {
/* open/release and usage marking */
struct module *owner;
int (*fb_open)(struct fb_info *info, int user);
int (*fb_release)(struct fb_info *info, int user);
/* get non settable parameters */
int (*fb_get_fix)(struct fb_fix_screeninfo *fix, int con,
struct fb_info *info);
/* get settable parameters */
int (*fb_get_var)(struct fb_var_screeninfo *var, int con,
struct fb_info *info);
/* set settable parameters */
int (*fb_set_var)(struct fb_var_screeninfo *var, int con,
struct fb_info *info);
/* get colormap */
int (*fb_get_cmap)(struct fb_cmap *cmap, int kspc, int con,
struct fb_info *info);
/* set colormap */
int (*fb_set_cmap)(struct fb_cmap *cmap, int kspc, int con,
struct fb_info *info);
/* pan display (optional) */
int (*fb_pan_display)(struct fb_var_screeninfo *var, int con,
struct fb_info *info);
/* perform fb specific ioctl (optional) */
int (*fb_ioctl)(struct inode *inode, struct file *file, unsigned int cmd,
unsigned long arg, int con, struct fb_info *info);
/* perform fb specific mmap */
int (*fb_mmap)(struct fb_info *info, struct file *file, struct vm_area_struct *vma);
/* switch to/from raster image mode */
int (*fb_rasterimg)(struct fb_info *info, int start);
};

6) structure map
struct fb_info_gen | struct fb_info | fb_var_screeninfo
                   |                | fb_fix_screeninfo
                   |                | fb_cmap
                   |                | modename[40]
                   |                | fb_ops ---|--->ops on var
                   |                | ...       | fb_open
                   |                |           | fb_release
                   |                |           | fb_ioctl
                   |                |           | fb_mmap
                   | struct fbgen_hwswitch 

                              \-----|-> detect
                                    | encode_fix
                                    | encode_var
                                    | decode_fix
                                    | decode_var
                                    | get_var
                                    | set_var
                                    | getcolreg
                                    | setcolreg
                                    | pan_display
                                    | blank
                                    | set_disp


[编排有点困难,第一行的第一条竖线和下面的第一列竖线对齐,第一行的第二条竖线和下面的第二列竖线对齐就可以了]
这个结构 fbgen_hwswitch抽象了硬件的操作.虽然它不是必需的,但有时候很有用. 





阅读(3469) | 评论(0) | 转发(0) |
给主人留下些什么吧!~~