framebuffer驱动全篇

framebuffer驱动全篇

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 <[e-mail]>

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：[e-mail]

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：[e-mail]

××××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：）

framebuffer驱动全篇（二）

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：[e-mail]

#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 */