Linux LCD驱动(二)——图形显示

BMP和JPEG图形显示程序
1)  在LCD上显示BMP或JPEG图片的主流程图
首先，在程序开始前。要在nfs/dev目录下创建LCD的设备结点，设备名fb0,设备类型为字符设备，主设备号为29，次设备号为0。命令如下：
mknod fb0 c 29 0
在LCD上显示图象的主流程图如图1所示。程序一开始要调用open函数打开设备，然后调用ioctl获取设备相关信息，接下来就是读取图形文件数据，把图象的RGB值映射到显存中，这部分是图象显示的核心。对于JPEG格式的图片，要先经过JPEG解码才能得到RGB数据，本项目中直接才用现成的JPEG库进行解码。对于bmp格式的图片，则可以直接从文件里面提取其RGB数据。要从一个bmp文件里面把图片数据阵列提取出来，首先必须知道bmp文件的格式。下面来详细介绍bmp文件的格式。
 
                                  图1

2)  bmp位图格式分析
位图文件可看成由四个部分组成：位图文件头、位图信息头、彩色表和定义位图的字节阵列。如图2所示。
 
                                  图2
文件头中各个段的地址及其内容如图3。
  
                               图3
位图文件头数据结构包含BMP图象文件的类型，显示内容等信息。它的数据结构如下定义：
Typedef struct
{  
int  bfType；//表明位图文件的类型，必须为BM
long bfSize；//表明位图文件的大小，以字节为单位
int  bfReserved1；//属于保留字，必须为本0
int  bfReserved2；//也是保留字，必须为本0
long bfOffBits；//位图阵列的起始位置，以字节为单位
}  BITMAPFILEHEADER；

2.1）信息头中各个段的地址及其内容如图4所示。
 
                                    图4
位图信息头的数据结构包含了有关BMP图象的宽，高，压缩方法等信息，它的C语言数据结构如下:
Typedef struct {
long  biSize； //指出本数据结构所需要的字节数
long  biWidth；//以象素为单位，给出BMP图象的宽度
long  biHeight；//以象素为单位，给出BMP图象的高度
int    biPlanes；//输出设备的位平面数，必须置为1
int    biBitCount；//给出每个象素的位数
long  biCompress；//给出位图的压缩类型
long  biSizeImage；//给出图象字节数的多少
long  biXPelsPerMeter；//图像的水平分辨率
long  biYPelsPerMeter；//图象的垂直分辨率
long  biClrUsed；//调色板中图象实际使用的颜色素数
long  biClrImportant；//给出重要颜色的索引值
} BITMAPINFOHEADER；


2.2）对于象素小于或等于16位的图片，都有一个颜色表用来给图象数据阵列提供颜色索引，其中的每块数据都以B、G、R的顺序排列，还有一个是reserved保留位。而在图形数据区域存放的是各个象素点的索引值。它的C语言结构如图5所示。
 
          图5  颜色表数据结构
2.3）对于24位和32位的图片，没有彩色表，他在图象数据区里直接存放图片的RGB数据，其中的每个象素点的数据都以B、G、R的顺序排列。每个象素点的数据结构如图6所示。
  
   图6  图象数据阵列的数据结构
2.4）由于图象数据阵列中的数据是从图片的最后一行开始往上存放的，因此在显示图象时，是从图象的左下角开始逐行扫描图象，即从左到右，从下到上。
2.5）对S3C2410或PXA255开发板上的LCD来说，他们每个象素点所占的位数为16位，这16位按B：G：R=5：6：5的方式分，其中B在最高位，R在最低位。而从bmp图象得到的R、G、B数据则每个数据占8位，合起来一共24位，因此需要对该R、G、B数据进行移位组合成一个16位的数据。移位方法如下：
b >>= 3; g >>= 2; r >>= 3;
RGBValue = ( r<<11 | g << 5 | b);
基于以上分析，提取各种类型的bmp图象的流程如图7所示
  

                                图7

3)  实现显示任意大小的图片
开发板上的LCD屏的大小是固定的，S3C2410上的LCD为：240*320，PXA255上的为：640*480。比屏幕小的图片在屏上显示当然没问题，但是如果图片比屏幕大呢？这就要求我们通过某种算法对图片进行缩放。
缩放的基本思想是将图片分成若干个方块，对每个方块中的R、G、B数据进行取平均，得到一个新的R、G、B值，这个值就作为该方块在LCD屏幕上的映射。

缩放的算法描述如下：
(1)、计算图片大小与LCD屏大小的比例，以及方块的大小。为了适应各种屏幕大小，这里并不直接给lcd_width和lcd_height赋值为240和320。而是调用标准的接口来获取有关屏幕的参数。具体如下：
    // Get variable screen information
    if (ioctl(fbfd, FBIOGET_VSCREENINFO, &vinfo)) {
        printf("Error reading variable information. ");
        exit(3);
    }
unsigned int lcd_width=vinfo.xres;
 unsigned int lcd_height=vinfo.yres;

计算比例：
widthScale=bmpi->width/lcd_width;
heightScale=bmpi->height/lcd_height;
本程序中方块的大小以如下的方式确定：
unsigned int paneWidth= 
 unsigned int paneHeight= ;
符号 代表向上取整。
(2)、从图片的左上角开始，以(i* widthScale，j* heightScale)位起始点，以宽paneWidth 高paneHeight为一个小方块，对该方块的R、G、B数值分别取平均，得到映射点的R、G、B值，把该点作为要在LCD上显示的第（i , j）点存储起来。
这部分的程序如下：
 //-------------取平均--------
 for( i=0;i
 {
  for(j=0;j
  {   
   color_sum_r=0;
   color_sum_g=0;
   color_sum_b=0;
   for(m=i*heightScale;m
   {
    for(n=j*widthScale;n
    {
     color_sum_r+=pointvalue[m][n].r;
     color_sum_g+=pointvalue[m][n].g;
     color_sum_b+=pointvalue[m][n].b;
    }
   }
   RGBvalue_256->r=div_round(color_sum_r,paneHeight*paneWidth);
   RGBvalue_256->g=div_round(color_sum_g,paneHeight*paneWidth);
   RGBvalue_256->b=div_round(color_sum_b,paneHeight*paneWidth);
  }
 }
4)  图片数据提取及显示的总流程
通过以上的分析，整个图片数据提取及显示的总流程如图8 所示。 
 
                                                                               图 8
图像显示应用程序:
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include

struct fb_dev
{
        //for frame buffer
        int fb;
        void *fb_mem;   //frame buffer mmap
        int fb_width, fb_height, fb_line_len, fb_size;
        int fb_bpp;
} fbdev;

//得到framebuffer的长、宽和位宽，成功则返回0，失败返回－1 
int fb_stat(int fd)
{
        struct fb_fix_screeninfo fb_finfo;
        struct fb_var_screeninfo fb_vinfo;

        if (ioctl(fd, FBIOGET_FSCREENINFO, &fb_finfo))
        {
                perror(__func__);
                return (-1);
        }

        if (ioctl(fd, FBIOGET_VSCREENINFO, &fb_vinfo))
        {
                perror(__func__);
                return (-1);
        }

        fbdev.fb_width = fb_vinfo.xres;
        fbdev.fb_height = fb_vinfo.yres;
        fbdev.fb_bpp = fb_vinfo.bits_per_pixel;
        fbdev.fb_line_len = fb_finfo.line_length;
        fbdev.fb_size = fb_finfo.smem_len;

        return (0);
}

//转换RGB888为RGB565（因为当前LCD是采用的RGB565显示的）
unsigned short RGB888toRGB565(unsigned char red, unsigned char green, unsigned char blue)
{
        unsigned short B = (blue >> 3) & 0x001F;
        unsigned short G = ((green >> 2) << 5) & 0x07E0;
        unsigned short R = ((red >> 3) << 11) & 0xF800;

        return (unsigned short) (R | G | B);
}
//释放framebuffer的映射
int fb_munmap(void *start, size_t length)
{
        return (munmap(start, length));
}

//显示一个像素点的图像到framebuffer上
int fb_pixel(void *fbmem, int width, int height, int x, int y, unsigned short color)
{
        if ((x > width) || (y > height))
                return (-1);

        unsigned short *dst = ((unsigned short *) fbmem + y * width + x);

        *dst = color;
        return 0;
}

int main(int argc, char **argv)
{
     int fb;
     FILE *infile;
     struct jpeg_decompress_struct cinfo;
     int x,y;
     unsigned char *buffer;
     char s[15];
     struct jpeg_error_mgr jerr;

      if ((fb = open("/dev/fb0", O_RDWR)) < 0)                        //打开显卡设备
      {
                perror(__func__);
                return (-1);
      }

        //获取framebuffer的状态
        fb_stat(fb);                                                    //获取显卡驱动中的长、宽和显示位宽
        printf("frame buffer: %dx%d,  %dbpp, 0x%xbyte= %d\n",
                fbdev.fb_width, fbdev.fb_height, fbdev.fb_bpp, fbdev.fb_size, fbdev.fb_size);

        //映射framebuffer的地址
        fbdev.fb_mem = mmap (NULL, fbdev.fb_size, PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_SHARED,fb,0);

        if ((infile = fopen("lcd.jpg", "rb")) == NULL)
        {
                fprintf(stderr, "open %s failed\n", s);
                exit(-1);
        }
        ioctl(fb, FBIOBLANK,0);                        //打开LCD背光

        cinfo.err = jpeg_std_error(&jerr);
        jpeg_create_decompress(&cinfo);

        //导入要解压的Jpeg文件infile
        jpeg_stdio_src(&cinfo, infile);

        //读取jpeg文件的文件头
        jpeg_read_header(&cinfo, TRUE);

        //开始解压Jpeg文件，解压后将分配给scanline缓冲区，
        jpeg_start_decompress(&cinfo);

        buffer = (unsigned char *) malloc(cinfo.output_width
                                        * cinfo.output_components);
        y = 0;
        while (cinfo.output_scanline < cinfo.output_height)
        {
                jpeg_read_scanlines(&cinfo, &buffer, 1);
                if(fbdev.fb_bpp == 16)
                {
                       unsigned short color;
                       for (x = 0; x < cinfo.output_width; x++)
                       {
                                color = RGB888toRGB565(buffer[x * 3],
                                                            buffer[x * 3 + 1], buffer[x * 3 + 2]);
                                fb_pixel(fbdev.fb_mem, fbdev.fb_width, fbdev.fb_height, x, y, color);
                       }
                 }
                 else if(fbdev.fb_bpp == 24)
                 {
                       memcpy((unsigned char *)fbdev.fb_mem + y * fbdev.fb_width * 3, buffer,
                                                        cinfo.output_width * cinfo.output_components);
                 }
                y++;
        }
        
        //完成Jpeg解码，释放Jpeg文件
        jpeg_finish_decompress(&cinfo);
        jpeg_destroy_decompress(&cinfo);

        //释放帧缓冲区
        free(buffer);

        //关闭Jpeg输入文件
        fclose(infile);

       fb_munmap(fbdev.fb_mem, fbdev.fb_size);                                 //释放framebuffer映射

       close(fb);
}