Framebuffer 应用编程

倔强的小刘
141 阅读5分钟

APP 通过 mmap 映射 Framebuffer，在 Framebuffer 中写入数据

image.png

假设需要设置 LCD 中坐标(x,y)处像素的颜色，首要要找到这个像素对应的内存，然后根据它的 BPP 值设置颜色。假设 fb_base 是 APP 执行 mmap 后得到的 Framebuffer 地址，如图所示：

image.png

可以用以下公式算出(x,y)坐标处像素对应的 Framebuffer 地址：

(x，y)像素起始地址=fb_base+(xres*bpp/8)y + xbpp/8

最后一个要解决的问题就是像素的颜色怎么表示？它是用 RGB 三原色(红、绿、蓝)来表示的，在不同的 BPP 格式中，用不同的位来分别表示 R、G、B，如图所示：

image.png

涉及的 API 函数

open 函数

头文件：
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>

函数原型：
int open(const char *pathname, int flags);
int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode);

函数说明：
pathname 表示打开文件的路径；
Flags 表示打开文件的方式，常用的有以下 6 种，
◼ O_RDWR 表示可读可写方式打开;
◼ O_RDONLY 表示只读方式打开;
◼ O_WRONLY 表示只写方式打开;
◼ O_APPEND 表示如果这个文件中本来是有内容的，则新写入的内容会接续到原来内容的后面;
◼ O_TRUNC 表示如果这个文件中本来是有内容的，则原来的内容会被丢弃，截断；
◼ O_CREAT 表示当前打开文件不存在，我们创建它并打开它，通常与
O_EXCL 结合使用，当没有文件时创建文件，有这个文件时会报错提醒我们；
Mode 表示创建文件的权限，只有在 flags 中使用了 O_CREAT 时才有效，否则忽略。
返回值：打开成功返回文件描述符，失败将返回-1。

ioctl 函数（获取LCD参数）

头文件：
#include <sys/ioctl.h>
函数原型：
int ioctl(int fd, unsigned long request, ...);

函数说明：
fd 表示文件描述符；

request 表示与驱动程序交互的命令，用不同的命令控制驱动程序输出我们需要的数据；
常用的request包括FBIOGET_VSCREENINFO、FBIOPUT_VSCREENINFO、FBIOGET_FSCREENINFO。

… 表示可变参数 arg，根据 request 命令，设备驱动程序返回输出的数据。

返回值：打开成功返回文件描述符0，失败将返回-1。

ioctl 的作用非常强大、灵活。不同的驱动程序内部会实现不同的 ioctl，

APP 可以使用各种 ioctl 跟驱动程序交互：可以传数据给驱动程序，也可以从驱动程序中读出数据。

最常用：
FBIOGET_VSCREENINFO：表示获取FrameBuffer设备的可变参数信息，可变参数信息使用struct fb_var_screeninfo结构体来描述，所以此时ioctl()需要有第三个参数，它是一个struct fb_var_screeninfo类型指针，指向struct fb_var_screeninfo类型对象，ioctl()调用成功之后会将可变参数信息保存在struct fb_var_screeninfo类型对象中，如下所示：

struct fb_var_screeninfo fb_var;
ioctl(fd, FBIOGET_VSCREENINFO, &fb_var);

image.png

mmap 函数

头文件：
#include <sys/mman.h>
函数原型：
void *mmap(void *addr, size_t length, int prot, int flags,int fd, off_t offset);

函数说明：

addr 表示指定映射的內存起始地址，通常设为 NULL 表示让系统自动选定地址，并在成功映射后返回该地址；

length 表示将文件中多大的内容映射到内存中；

prot 表示映射区域的保护方式，可以为以下 4 种方式的组合

◼ PROT_EXEC 映射区域可被执行

◼ PROT_READ 映射区域可被读出

◼ PROT_WRITE 映射区域可被写入

◼ PROT_NONE 映射区域不能存取

Flags 表示影响映射区域的不同特性，常用的有以下两种

◼ MAP_SHARED 表示对映射区域写入的数据会复制回文件内，原来的文

件会改变。

◼ MAP_PRIVATE 表示对映射区域的操作会产生一个映射文件的复制，对

此区域的任何修改都不会写回原来的文件内容中。

返回值：若成功映射，将返回指向映射的区域的指针，失败将返回-1。(指针类型的返回值)

memset函数

memset是一个初始化函数，作用是将某一块内存中的全部设置为指定的值。
void *memset(void *s, int c, size_t n);

  • s指向要填充的内存块首地址。
  • c是要被设置的值。
  • n是要被设置该值的字符数。
  • 返回类型是一个指向存储区s的指针。

munmap函数

int munmap(void *start, size_t length);

munmap()用来取消参数start所指的映射内存起始地址，参数length则是欲取消的内存大小

程序代码

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <sys/mman.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <linux/fb.h>
static int fd_fb;
static struct fb_var_screeninfo var;
static int screen_size;
static unsigned int line_width;
static unsigned int pixel_width;
static unsigned char *fb_base;
void lcd_put_pixel(int x, int y, int color)
{
  unsigned char *pen_8 = fb_base + y * line_width + x * pixel_width; // 赋值的是地址
  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; // 给地址赋值
    break;
  }
  case 16:
  {
    red = (color >> 16) & 0xff;
    green = (color >> 8) & 0xff;
    blue = (color >> 0) & 0xff;
    color = ((red >> 3) << 11) | ((green >> 2) << 5) | (blue >> 3);
    *pen_16 = color; // 给地址赋值
    break;
  }
  case 32:
  {
    *pen_32 = color; // 给地址赋值
    break;
  }
  default:
  {
    printf("不支持的bpp\n");
    break;
  }
  }
}
int main(int argc, char *argv[])
{
  // 打开/dev/fb0设备
  fd_fb = open("/dev/fb0", O_RDWR);
  if (fd_fb < 0)
  {
    printf("不能打开/dev/fb0\n");
    return -1;
  }
  if (ioctl(fd_fb, FBIOGET_VSCREENINFO, &var))
  {
    printf("不能获取var\n");
    return -1;
  }
  line_width = var.xres * var.bits_per_pixel / 8;
  pixel_width = var.bits_per_pixel / 8;
  screen_size = var.xres * var.yres * var.bits_per_pixel / 8;
  // 获取基地址
  fb_base = (unsigned char *)mmap(NULL, screen_size, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd_fb, 0);
  if (fb_base == (unsigned char *)-1)
  {
    printf("不能获取到基地址\n");
    return -1;
  }
  // 清屏幕为白色(分配内存)
  memset(fb_base, 0xff, screen_size);
  // 随便设置出100个红色
  int i, x, y, color;
  for (i = 0; i < 100; i++)
  {
    x = var.xres / 2 + i;
    y = var.yres / 2;
    color = 0xFF0000;
    lcd_put_pixel(x, y, color);
  }
  // 释放内存
  munmap(fb_base, screen_size);
  // 关闭设备
  close(fd_fb);
  return 0;
}
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