Framebuffer

什么是framebuffer

framebuffer從字面上理解是“幀緩沖”，一般有如下理解：

• 單純的把framebuffer看作一塊內存，這部分內存包含了將要scan out顯示的數據。
• 等價於framebuffer driver。通常作為LCD控制器或者其他顯示設備的驅動，FrameBuffer驅動是一個字符設備，設備節點是/dev/fbX，主設備號為29，次設備號遞增，用戶可以將Framebuffer看成是顯示內存的一個映像，將其映射到進程地址空間之后，就可以直接進行讀寫操作，而寫操作可以立即反應在屏幕上。這種操作是抽象的，統一的。用戶不必關心物理顯存的位置、換頁機制等等具體細節。這些都是由Framebuffer設備驅動來完成的。Framebuffer設備為上層應用程序提供系統調用，也為下一層的特定硬件驅動提供接口；那些底層硬件驅動需要用到這兒的接口來向系統內核注冊它們自己。所以可以看成是一個graphic hardware-independent抽象層，上面對接應用層，下面對接LCD等硬件的驅動。 
• 有一種說法是操縱lcd顯示就是操縱framebuffer，表面上來看是這樣的。實際上是frambuffer就是linux內核驅動申請的一片內存空間，然后lcd內有一片sram，cpu內部有個lcd控制器，它有個單獨的dma用來將frambuffer中的數據拷貝到lcd的sram中去 拷貝到lcd的sram中的數據就會顯示在lcd上，LCD驅動和framebuffer驅動沒有必然的聯系，它只是驅動LCD正常工作的，比如有信號傳過來，那么LCD驅動負責把信號轉成顯示屏上的內容，至於什么內容這就是應用層要處理的。
  • 　　framebuffer幀緩沖（簡稱fb）是linux內核中虛擬出的一個設備
  • 　　framebuffer向應用層提供一個統一標准接口的顯示設備
  • 　　從驅動來看，fb是一個典型的字符設備，而且創建了一個類/sys/class/graphics

 

 

 

幀緩沖設備驅動的結構

我們知道在Linux中，萬物都是文件。那么framebuffer也是一個文件，比如/dev/fb0。我們只需要操作/dev/fb0就可以把圖像顯示在顯示器上了，那么這是怎么實現的呢？

先談談如何把文件操作和設備操作關聯起來。

物理層面：

Linux中的PCI設備可以將其控制寄存器映射到物理內存空間，而后，對這些控制寄存器的訪問變成了對理內存的訪問，因此，這些寄存器又被稱為"memio"。一旦被映射到物理內存，Linux的普通進程就可以通過mmap將這些內存I/O映射到進程地址空間，這樣就可以直接訪問這些寄存器了。

邏輯層面：

FrameBuffer設備屬於字符設備，采用了文件層—驅動層的接口方式，Linux為幀緩沖設備定義了驅動層的接口fb_info結構，在文件層上，用戶調用file_operations的函數操作，間接調用fb_info中的fb_ops函數集來操作硬件。

這里的意思是說，對於Linux系統，其事先規定了對於文件的操作，也就是上面說的file_operations函數。我們只需要讓file_operations函數和fb_ops函數對應起來，就實現了文件 --> framebuffer driver的操作。這里的framebuffer dev實際上就是前文講的是一個抽象(或者說是虛擬)的設備。接下來就需要打通從framebuffer dev到具體設備的通路，也就是framebuffer driver --> LCD driver，實際上就是把framebuffer driver的fb_ops對應到lcd_ops。至於lcd_ops到硬件，什么樣的二進制代碼傳過去顯示怎樣的輸出，就是具體硬件廠商的人員所需要去實現的driver。

 

 

 

 

Framebuffer的使用步驟

1. 打開設備文件 /dev/fb0
2. 獲取當前設備信息 #include <linux/fb.h>
3. mmap做映射
4. 填充framebuffer

 

 

Framebuffer數據結構

kernel\include\linux\fb.h

fb_info是Linux為幀緩沖設備定義的驅動層接口。它不僅包含了底層函數，而且還有記錄設備狀態的數據。每個幀緩沖設備都與一個fb_info結構相對應。

 

struct fb_info {
    atomic_t count;
    int node;  /*一個FrameBuffer設備的次設備號*/
    int flags;
    struct mutex lock;        /* Lock for open/release/ioctl funcs */
    struct mutex mm_lock;        /* Lock for fb_mmap and smem_* fields */
    struct fb_var_screeninfo var;/* Current var */
    struct fb_fix_screeninfo fix;/* Current fix */
    struct fb_monspecs monspecs;/* Current Monitor specs */
    struct work_struct queue;    /* Framebuffer event queue */
    struct fb_pixmap pixmap;    /* Image hardware mapper */
    struct fb_pixmap sprite;    /* Cursor hardware mapper */
    struct fb_cmap cmap;        /* Current cmap */
    struct list_head modelist;  /* mode list */
    struct fb_videomode *mode;    /* current mode */
#ifdef CONFIG_FB_BACKLIGHT
    struct backlight_device *bl_dev;
    /* Backlight level curve */
    struct mutex bl_curve_mutex;    
    u8 bl_curve[FB_BACKLIGHT_LEVELS];
#endif
#ifdef CONFIG_FB_DEFERRED_IO
    struct delayed_work deferred_work;
    struct fb_deferred_io *fbdefio;
#endif
    struct fb_ops *fbops;
    struct device *device;    /* This is the parent */
    struct device *dev;        /* This is this fb device */
    int class_flag;         /* private sysfs flags */
#ifdef CONFIG_FB_TILEBLITTING
    struct fb_tile_ops *tileops;/* Tile Blitting */
#endif
    char __iomem *screen_base;    /* Virtual address */
    unsigned long screen_size;    /* Amount of ioremapped VRAM or 0 */ 
    void *pseudo_palette;        /* Fake palette of 16 colors */ 
#define FBINFO_STATE_RUNNING    0
#define FBINFO_STATE_SUSPENDED    1
    u32 state;            /* Hardware state i.e suspend */
    void *fbcon_par;    /* fbcon use-only private area */
    void *par;
    struct apertures_struct {
        unsigned int count;
        struct aperture {
            resource_size_t base;
            resource_size_t size;
        } ranges[0];
    } *apertures;
};

 

 

 

framebuffer驅動源碼分析

1. 驅動框架部分，即framebuffer driver相關

• drivers/video/fbmem.c主要任務：fbmen_init()函數負責創建graphics類、注冊FB的字符設備驅動、register_framebuffer()函數提供接口給具體framebuffer驅動編寫着來注冊fb設備。本文件相對於fb來說，地位和作用和misc.c文件相對於雜散類設備來說一樣的，結構和分析方法也是類似的。
• drivers/video/fbsys.c這個文件是處理fb在/sys目錄下的一些屬性文件的。
• drivers/video/modedb.c這個文件是管理顯示模式（譬如VGA、720P等就是顯示模式）的。
• drivers/video/fb_notify.c這個文件是frame buff用來管理相關通知的。

2. 驅動部分, 即lcd driver相關，以三星s3fdb為例，讀者沒有此driver可以分析amdgpu driver

• drivers/video/samsung/s3cfb.c驅動主體
• drivers/gpu/drm/amd/amdgpu/amdgpu_fb.c : 驅動主體

framebuffer驅動框架分析

Linux內核已經給我們封裝了LCD驅動的抽象層，我們只需要調用內核封裝的注冊接口去實現我們的平台驅動即可。

• 內核已經給我們封裝了LCD驅動的抽象層是在fbmem.c，先簡單分析一下它的框架。

 

•  總結

 

 

framebuffer驅動分析

1. s3cfb.c

 

 

2. s3c_device_fb

 

 

3. probe函數

• struct s3c_platform_fb ：這個結構體是fb的platform_data結構體，這個結構體變量就是platform設備的私有數據，這個數據在platform_device.device.platform_data中存儲。在mach文件中去准備並填充這些數據，在probe函數中通過傳參的platform_device指針取出來。
• struct s3cfb_global： 這個結構體主要作用是在驅動部分的2個文件（s3cfb.c和s3cfb_fimd6x.c）的函數中做數據傳遞用的。

 

 

 

 

 

 

 

 

參考鏈接：

FrameBuffer驅動程序分析 https://blog.csdn.net/yangwen123/article/details/12096483

Linux驅動開發（9）------- framebuffer驅動詳解 https://blog.csdn.net/qq_45544223/article/details/106598190