嵌入式Linux应用基础学习（4）— Framebuffer 应用编程

一、什么是Framebuffer

在 Linux 系统中通过 Framebuffer 驱动程序来控制 LCD。 Frame 是帧的意思， buffer 是缓冲的意思，这意味着 Framebuffer 就是一块内存，里面保存着一帧图像。
Framebuffer 中保存着一帧图像的每一个像素颜色值，假设 LCD 的分辨率是 1024x768，每一个像素的颜色用 32 位来表示，那么 Framebuffer 的大小就是：1024x768x32/8=3145728 字节。

二、涉及的API函数

肯定要用到的是open函数
然后我们可以通过ioctl函数来获取一些和该Framebuffer设备相关的信息，通过man手册查看一下该函数

头文件：

#include <sys/ioctl.h>

函数原型：

int ioctl(int fd, unsigned long request, ...);

使用该函数时：

参数①：fd 表示文件描述符；
参数②：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；
参数③： … 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，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。

我们在使用ioctl函数获取Framebuffer设备相关的信息时会用到如下结构体

还有就是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：

参数①： 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；
参数②： length 表示将文件中多大的内容映射到内存中；
参数③： prot 表示映射区域的保护方式，可以为以下 4 种方式的组合
a. PROT_EXEC 映射区域可被执行
b. PROT_READ 映射区域可被读出
c. PROT_WRITE 映射区域可被写入
d. PROT_NONE 映射区域不能存取
参数④：Flags 表示影响映射区域的不同特性，常用的有以下两种
a. 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。
b. 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。

三、获取屏幕信息

我们先编写程序获取该Framebuffer设备的相关信息，使用ls -l /dev/fb*来查看一下当前Framebuffer设备的设备节点，可以看到，只有一个/dev/fb0

然后编写程序如下：

#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>

/* 用来保存fb设备的文件描述符 */
static int fd_fb;
/* 用来回去fb设备的相关信息 */
static struct fb_var_screeninfo var;

int main(int argc, char **argv)
{
	int i;
	
    /* 1、打开/dev/fb0设备，可读可写 */
	fd_fb = open("/dev/fb0", O_RDWR);
	if (fd_fb < 0)
	{
		printf("can't open /dev/fb0\n");
		return -1;
	}
    /* 2、获取该FB设备的相关信息，保存到 var结构体中 */
	if (ioctl(fd_fb, FBIOGET_VSCREENINFO, &var))
	{
		printf("can't get var\n");
		return -1;
	}

    /* 3、打印相关信息*/
    printf("分辨率：    %d*%d\n", var.xres, var.yres);
    printf("色深BPP：   %d\n", var.bits_per_pixel);
    printf("颜色格式:   RGB%d%d%d\n", var.red.length, var.green.length, var.blue.length);
    
    /* 4、关闭文件 */
	close(fd_fb);
	
	return 0;	
}

编译运行获取相关信息如下

四、操作屏幕

编写如下代码操作屏幕

#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>

/* 用来保存fb设备的文件描述符 */
static int fd_fb;
/* 用来获取fb设备的相关信息 */
static struct fb_var_screeninfo var;	/* Current var */
/* 整个fb的大小，单位为字节 */
static int screen_size;
/* fb设备内存映射的基地址 */
static unsigned char *fb_base;
/* 该屏幕一行需要多少个字节表示 */
static unsigned int line_width;
/* 一个像素所占的字节数 */
static unsigned int pixel_width;

/**********************************************************************
 * 函数名称： lcd_put_pixel
 * 功能描述： 在LCD指定位置上输出指定颜色（描点）
 * 输入参数： x坐标，y坐标，颜色
 * 返 回 值： 无
 ***********************************************************************/ 
void lcd_put_pixel(int x, int y, unsigned int color)
{
	unsigned char *pen_8 = fb_base+y*line_width+x*pixel_width;
	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;
			break;
		}
		case 16:
		{
			/* 565 */
			red   = (color >> 16) & 0xff;
			green = (color >> 8) & 0xff;
			blue  = (color >> 0) & 0xff;
			color = ((red >> 3) << 11) | ((green >> 2) << 5) | (blue >> 3);
			*pen_16 = color;
			break;
		}
		case 32:
		{
			*pen_32 = color;
			break;
		}
		default:
		{
			printf("can't surport %dbpp\n", var.bits_per_pixel);
			break;
		}
	}
}

int main(int argc, char **argv)
{
	int i;
	
	/* 1、打开/dev/fb0设备，获取设备描述符，可读可写 */
	fd_fb = open("/dev/fb0", O_RDWR);
	if (fd_fb < 0)
	{
		printf("can't open /dev/fb0\n");
		return -1;
	}
	/* 2、获取该FB设备的相关信息，保存到 var结构体中 */
	if (ioctl(fd_fb, FBIOGET_VSCREENINFO, &var))
	{
		printf("can't get var\n");
		return -1;
	}
	printf("fbinfo:%dx%d bpp:%d RGB%d%d%d \n", var.xres, var.yres, var.bits_per_pixel, var.red.length, var.green.length, var.blue.length);

	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;
	/* 3、内存映射获取fb基地址，映射区域可读写，写入原文件内 */
	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;
	}

	/* 4、将整个fb写为0xff，则表示清屏全部设为白色 */
	memset(fb_base, 0xff, screen_size);

	/* 5、使用画的点函数随便设置出100个为红色的点 */
	for (i = 0; i < 100; i++)
		lcd_put_pixel(var.xres/2+i, var.yres/2, 0xFF0000);
	
	/* 6、取消内存映射，改变fb文件 */
	munmap(fb_base , screen_size);
	close(fd_fb);
	
	return 0;	
}

编译运行可以看到屏幕被成功清屏为白色，且画出来一条红色的细线