1.LCD 操作原理
在 Linux 系統(tǒng)中通過(guò) Framebuffer 驅(qū)動(dòng)程序來(lái)控制 LCD。Frame 是幀的意思，buffer 是緩沖的意思，這意味著 Framebuffer 就是一塊內(nèi)存，里面保存著一幀圖像。Framebuffer 中保存著一幀圖像的每一個(gè)像素顏色值，假設(shè) LCD 的分辨率是 1024x768，每一個(gè)像素的顏色用 32 位來(lái)表示，那么 Framebuffer 的大小就是：1024x768x32/8=3145728 字節(jié)。LCD的操作原理：
-
驅(qū)動(dòng)程序設(shè)置好 LCD 控制器：根據(jù) LCD 的參數(shù)設(shè)置 LCD 控制器的時(shí)序、信號(hào)極性；根據(jù) LCD 分辨率、 BPP 分配 Framebuffer 。
-
APP 使用 ioctl 獲得 LCD 分辨率、 BPP
-
APP 通過(guò) mmap 映射 Framebuffer ，在 Framebuffer 中寫入數(shù)據(jù)
? ? ? ? bpp：每個(gè)像素用多少位來(lái)表示它的顏色
????????假設(shè)需要設(shè)置 LCD 中坐標(biāo)
(x,y)
處像素的顏色，首要要找到這個(gè)像素對(duì)應(yīng)的內(nèi)存，然后根據(jù)它的 BPP
值設(shè)置顏色。假設(shè)
fb_base
是
APP
執(zhí)行
mmap
后得到的 Framebuffer
地址，如圖
可以用以下公式算出
(x,y)
坐標(biāo)處像素對(duì)應(yīng)的
Framebuffer
地址：
(x，y)像素起始地址=fb_base+(xres*bpp/8)*y + x*bpp/8
最后一個(gè)要解決的問(wèn)題就是像素的顏色怎么表示？它是用
RGB
三原色
(
紅、綠、 藍(lán))
來(lái)表示的，在不同的
BPP
格式中，用不同的位來(lái)分別表示
R
、
G
、
B
，如圖
所示：
????????對(duì)于 32BPP
，一般只設(shè)置其中的低
24
位，高
8
位表示透明度，一般的
LCD 都不支持。
????????對(duì)于 24BPP
，硬件上為了方便處理，在
Framebuffer
中也是用
32
位來(lái)表 示，效果跟 32BPP
是一樣的。
????????對(duì)于 16BPP
，常用的是
RGB565
；很少的場(chǎng)合會(huì)用到
RGB555
，這可以通過(guò) ioctl 讀取驅(qū)動(dòng)程序中的
RGB
位偏移來(lái)確定使用哪一種格式。
2.涉及的 API 函數(shù)
? ? ? ? open?打開 LCD
設(shè)備節(jié)點(diǎn)
????????ioctl??獲取LCD黑色版分辨率等參數(shù)
????????mmap ?映射 Framebuffer
????????最后實(shí)現(xiàn)描點(diǎn)函數(shù)。
2.1 open 函數(shù)
????????在 Ubuntu
中執(zhí)行“
man 2 open
”，可以看到
open
函數(shù)的說(shuō)明。
? ? ? ? 頭文件：
??
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>? ? ? ? 函數(shù)原型：
int open(const char *pathname, int flags);
int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode);????????函數(shù)說(shuō)明：
-
pathname 表示打開文件的路徑；
-
Flags 表示打開文件的方式，常用的有以下 6 種，O_RDWR 表示可讀可寫方式打開 ;O_RDONLY 表示只讀方式打開 ;O_WRONLY 表示只寫方式打開 ;O_APPEND 表示如果這個(gè)文件中本來(lái)是有內(nèi)容的，則新寫入的內(nèi)容會(huì)接續(xù)到原來(lái)內(nèi)容的后面;O_TRUNC 表示如果這個(gè)文件中本來(lái)是有內(nèi)容的，則原來(lái)的內(nèi)容會(huì)被丟棄，截?cái)啵?O_CREAT 表示當(dāng)前打開文件不存在，我們創(chuàng)建它并打開它，通常與 O_EXCL 結(jié)合使用，當(dāng)沒(méi)有文件時(shí)創(chuàng)建文件，有這個(gè)文件時(shí)會(huì)報(bào)錯(cuò)提醒我們；
-
Mode 表示創(chuàng)建文件的權(quán)限，只有在 flags 中使用了 O_CREAT 時(shí)才有效，否則忽略。
-
返回值：打開成功返回文件描述符，失敗將返回 -1 。
2.2?ioctl 函數(shù)
????????
在
Ubuntu
中執(zhí)行“
man ioctl
”，可以看到
ioctl
函數(shù)的說(shuō)明。
? ? ? ? 頭文件：
#include <sys/ioctl.h>? ? ? ? 函數(shù)原型：
int ioctl(int fd, unsigned long request, ...);????????函數(shù)說(shuō)明：
-
fd 表示文件描述符；
-
request 表示與驅(qū)動(dòng)程序交互的命令，用不同的命令控制驅(qū)動(dòng)程序輸出我們需要的數(shù)據(jù)；
-
… 表示可變參數(shù) arg ，根據(jù) request 命令，設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序返回輸出的數(shù)據(jù)。
-
返回值：打開成功返回文件描述符，失敗將返回 -1 。
????????ioctl 的作用非常強(qiáng)大、靈活。不同的驅(qū)動(dòng)程序內(nèi)部會(huì)實(shí)現(xiàn)不同的
ioctl，
APP 可以使用各種
ioctl
跟驅(qū)動(dòng)程序交互：可以傳數(shù)據(jù)給驅(qū)動(dòng)程序，也可以從驅(qū)動(dòng)程序中讀出數(shù)據(jù)。
2.3?mmap 函數(shù)
????????在 Ubuntu
中執(zhí)行“
man mmap
”，可以看到
mmap
函數(shù)的說(shuō)明;
? ? ? ? 頭文件：
? ? ? ?
#include <sys/mman.h>? ? ? ? 函數(shù)原型：
void *mmap(void *addr, size_t length, int prot, int flags,int fd, off_t offset);????????函數(shù)說(shuō)明： 文章來(lái)源：http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-737662.html
-
addr 表示指定映射的內(nèi)存起始地址，通常設(shè)為 NULL 表示讓系統(tǒng)自動(dòng)選定地址，并在成功映射后返回該地址；
-
length 表示將文件中多大的內(nèi)容映射到內(nèi)存中；
-
prot 表示映射區(qū)域的保護(hù)方式，可以為以下 4 種方式的組合PROT_EXEC 映射區(qū)域可被執(zhí)行PROT_READ 映射區(qū)域可被讀出PROT_WRITE 映射區(qū)域可被寫入PROT_NONE 映射區(qū)域不能存取
-
Flags 表示影響映射區(qū)域的不同特性，常用的有以下兩種MAP_SHARED 表示對(duì)映射區(qū)域?qū)懭氲臄?shù)據(jù)會(huì)復(fù)制回文件內(nèi)，原來(lái)的文件會(huì)改變。MAP_PRIVATE 表示對(duì)映射區(qū)域的操作會(huì)產(chǎn)生一個(gè)映射文件的復(fù)制，對(duì)此區(qū)域的任何修改都不會(huì)寫回原來(lái)的文件內(nèi)容中。
-
返回值：若成功映射，將返回指向映射的區(qū)域的指針，失敗將返回 -1 。
3.Framebuffer 程序分析
3.1 打開設(shè)備節(jié)點(diǎn)
fd_fb = open("/dev/fb0", O_RDWR);//打開設(shè)備節(jié)點(diǎn)
if (fd_fb < 0)
{
printf("can't open /dev/fb0\n");
return -1;
}3.2 獲取 LCD 參數(shù)
????????LCD 驅(qū)動(dòng)程序給
APP
提供
2
類參數(shù)：可變的參數(shù)
fb_var_screeninfo
、固定的參數(shù) fb_fix_screeninfo
。編寫應(yīng)用程序時(shí)主要關(guān)心可變參數(shù)，它的結(jié)構(gòu)體定義如下(#include <linux/fb.h>)
：
文章來(lái)源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-737662.html
可以使用以下代碼獲取
fb_var_screeninfo
：
static struct fb_var_screeninfo var; /* Current var */
if (ioctl(fd_fb, FBIOGET_VSCREENINFO, &var))
{
printf("can't get var\n");
return -1;
}
注意到
ioctl
里用的參數(shù)是：
FBIOGET_VSCREENINFO
，它表示
get var screen info，獲得屏幕的可變信息；當(dāng)然也可以使用
FBIOPUT_VSCREENINFO
來(lái)調(diào)整這些參數(shù)，但是很少用到。
對(duì)于固定的參數(shù)
fb_fix_screeninfo，在應(yīng)用編程中很少用到。它的結(jié)構(gòu)體定義如下：
可以使用
ioctl FBIOGET_FSCREENINFO
來(lái)讀出這些信息，但是很少用到。
3.3?映射 Framebuffer
????????要映射一塊內(nèi)存，需要知道它的地址──這由驅(qū)動(dòng)程序來(lái)設(shè)置，需要知道它的大小──這由應(yīng)用程序決定。代碼如下：
line_width = var.xres * var.bits_per_pixel / 8;//屏幕寬度大?。ǘ嗌賯€(gè)字節(jié)）
pixel_width = var.bits_per_pixel / 8;//一個(gè)像素大小（多少個(gè)字節(jié)）
screen_size = var.xres * var.yres * var.bits_per_pixel / 8; //屏幕大?。ǘ嗌賯€(gè)字節(jié)）
fb_base = (unsigned char *)mmap(NULL , screen_size, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd_fb, 0);
if (fb_base == (unsigned char *)-1)
{
printf("can't mmap\n");
return -1;
}
????????screen_size
是整個(gè)
Framebuffer
的大?。?/span>
PROT_READ | PROT_WRITE 表示該區(qū)域可讀、可寫；
MAP_SHARED
表示該區(qū)域是共享的，
APP
寫入數(shù)據(jù)時(shí)，會(huì)直達(dá)驅(qū)動(dòng)程序，這個(gè)參數(shù)的更深刻理解可以參考后面驅(qū)動(dòng)基礎(chǔ)中講到的 mmap
知識(shí)。
3.4 描點(diǎn)函數(shù)
能夠在
LCD
上描繪指定像素后，就可以寫字、畫圖，描點(diǎn)函數(shù)是基礎(chǔ)。代碼如下：
//傳入的 color 表示顏色，它的格式永遠(yuǎn)是 0x00RRGGBB，即 RGB888。當(dāng) LCD 是 16bpp 時(shí)，要把 color 變量中的 R、G、B 抽出來(lái)再合并成 RGB565 格式
void lcd_put_pixel(int x, int y, unsigned int color)
{
unsigned char *pen_8 = fb_base+y*line_width+x*pixel_width;//計(jì)算要顯示的坐標(biāo)fb_base(原地址)y*line_width+x*pixel_width（偏移地址）
unsigned short *pen_16;
unsigned int *pen_32;
unsigned int red, green, blue;
pen_16 = (unsigned short *)pen_8;
pen_32 = (unsigned int *)pen_8;
switch (var.bits_per_pixel)
{
case 8:
{
*pen_8 = color;//對(duì)于 8bpp，color 就不再表示 RBG 三原色了，這涉及調(diào)色板的概念，color 是調(diào)色板的值。
break;
}
case 16:
{
/* 565 */
red = (color >> 16) & 0xff; //32位red數(shù)據(jù)是：16~24 24~32沒(méi)用
green = (color >> 8) & 0xff; //32位green數(shù)據(jù)是：8~16
blue = (color >> 0) & 0xff; //32位blue數(shù)據(jù)是：0~8
//總共16位:紅保留高5位放在11~16，綠保留高6位放在5~11，藍(lán)保留高5位放在0~5
color = ((red >> 3) << 11) | ((green >> 2) << 5) | (blue >> 3);
*pen_16 = color;//將計(jì)算的位置坐標(biāo)顯示該顏色
break;
}
case 32:
{
*pen_32 = color;//對(duì)于 32bpp，顏色格式跟 color 參數(shù)一致，可以直接寫入Framebuffer。
break;
}
default:
{
printf("can't surport %dbpp\n", var.bits_per_pixel);
break;
}
}
}3.5?隨便畫幾個(gè)點(diǎn)的完整程序
#include <sys/mman.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <unistd.h>
#include <linux/fb.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <sys/ioctl.h>
static int fd_fb;
static struct fb_var_screeninfo var; /* Current var */
static int screen_size;
static unsigned char *fb_base;
static unsigned int line_width;
static unsigned int pixel_width;
//傳入的 color 表示顏色，它的格式永遠(yuǎn)是 0x00RRGGBB，即 RGB888。當(dāng) LCD 是 16bpp 時(shí)，要把 color 變量中的 R、G、B 抽出來(lái)再合并成 RGB565 格式
void lcd_put_pixel(int x, int y, unsigned int color)
{
unsigned char *pen_8 = fb_base+y*line_width+x*pixel_width;//計(jì)算要顯示的坐標(biāo)fb_base(原地址)y*line_width+x*pixel_width（偏移地址）
unsigned short *pen_16;
unsigned int *pen_32;
unsigned int red, green, blue;
pen_16 = (unsigned short *)pen_8;
pen_32 = (unsigned int *)pen_8;
switch (var.bits_per_pixel)
{
case 8:
{
*pen_8 = color;//對(duì)于 8bpp，color 就不再表示 RBG 三原色了，這涉及調(diào)色板的概念，color 是調(diào)色板的值。
break;
}
case 16:
{
/* 565 */
red = (color >> 16) & 0xff; //32位red數(shù)據(jù)是：16~24 24~32沒(méi)用
green = (color >> 8) & 0xff; //32位green數(shù)據(jù)是：8~16
blue = (color >> 0) & 0xff; //32位blue數(shù)據(jù)是：0~8
//總共16位:紅保留高5位放在11~16，綠保留高6位放在5~11，藍(lán)保留高5位放在0~5
color = ((red >> 3) << 11) | ((green >> 2) << 5) | (blue >> 3);
*pen_16 = color;//將計(jì)算的位置坐標(biāo)顯示該顏色
break;
}
case 32:
{
*pen_32 = color;//對(duì)于 32bpp，顏色格式跟 color 參數(shù)一致，可以直接寫入Framebuffer。
break;
}
default:
{
printf("can't surport %dbpp\n", var.bits_per_pixel);
break;
}
}
}
int main(int argc, char **argv)
{
int i;
fd_fb = open("/dev/fb0", O_RDWR);//打開設(shè)備節(jié)點(diǎn)
if (fd_fb < 0)
{
printf("can't open /dev/fb0\n");
return -1;
}
if (ioctl(fd_fb, FBIOGET_VSCREENINFO, &var))
{
printf("can't get var\n");
return -1;
}
line_width = var.xres * var.bits_per_pixel / 8;//屏幕寬度大?。ǘ嗌賯€(gè)字節(jié)）
pixel_width = var.bits_per_pixel / 8;//一個(gè)像素大?。ǘ嗌賯€(gè)字節(jié)）
screen_size = var.xres * var.yres * var.bits_per_pixel / 8; //屏幕大?。ǘ嗌賯€(gè)字節(jié)）
fb_base = (unsigned char *)mmap(NULL , screen_size, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd_fb, 0);
if (fb_base == (unsigned char *)-1)
{
printf("can't mmap\n");
return -1;
}
/* 清屏: 全部設(shè)為白色 */
memset(fb_base, 0xff, screen_size);
/* 隨便設(shè)置出100個(gè)為紅色 */
for (i = 0; i < 100; i++)
lcd_put_pixel(var.xres/2+i, var.yres/2, 0xFF0000);
munmap(fb_base , screen_size);
close(fd_fb);
return 0;
}
到了這里，關(guān)于LCD驅(qū)動(dòng)程序——Framebuffer應(yīng)用編程的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請(qǐng)?jiān)谟疑辖撬阉鱐OY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！
