LinuxLCDFrambuffer基础介绍和使用方法

Framebuffer 字面意思就是帧缓存的意思，即显存，里面保存着一帧图像。事实上，对于嵌入式系统而言，没有真正意义上的显存，Framebuffer 是通过内存模拟出来的。

LCD FrameBuffer 里的若干字节表示（具体根据驱动适配），LCD 屏幕上的一个像素点。

• RGB888：32bpp，占4字节，分别是A8、R8、G8、B8，一般只用其中低24位，高8位表示透明度。
• RGB565：16bpp，占2字节，分别是R5、G6、B5，比较常用的一种颜色。
• RGB555：很少用。

假设LCD屏幕分辨率是800x600，每个像素占4字节，那么framebuffer 大小就是：

800 x 600 x 4 = 960000 字节

framebuffer 显示原理，如下图所示：

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，如下图所示：

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

2、为什么要有Frambuffer？

思考一个问题，为什么要用Framebuffer？

上图为LCD 驱动框架图：

从软件层面分析：framebuffer 起着承上启下的作用，向上，为应用层提供通用系统调用（open()，ioctl()，mmap()）;向下，联接LCD控制器，之前对硬件进行操作。

从硬件层面分析：用户只需要将数据写到framebuffer,硬件会自动刷新到屏幕上。

3、常用接口和数据结构

3.1 常用接口

1. 打开设备：open()系统调用。

通过 man 2 查看如下：

函数说明：

2. ioctl 系统调用：

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。

• … ：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。

3）mmap 系统调用：

函数说明：

3.2 相关数据结构

fb_var_screeninfo：包含xres, yres, bits_per_pixel等信息，在后续会经常用到。

4、如何在LCD 上描点？

4.1 LCD 显示原理

当我们需要显示一个字母‘A’时，是通过判断点阵的每一个位数值状态，来填充颜色，达到显示字符效果。其中‘1’表示一种颜色，‘0’表示填充另一种颜色。

如下图^[1]8*16的点阵，只要有这个点阵，我们就可以在LCD上面描点，达到显示字符的效果。

4.2 Framebuffer 操作说明

framebuffer 操作如下流程：

• 打开设备（open）
• 获取屏幕参数信息（ioctl）
• 分配显存（mmap）
• 描点/写数据
• 释放资源(unmmap)
• 关闭设备（close）

int fd_fb;
struct fb_var_screeninfo var; /* Current var */
int screen_size;
unsigned char *fbmem;
unsigned int line_width;
unsigned int pixel_width;

int main(int argc, char *argv[])
{
    /*Step1: 打开设备 */
    fd_fb = open("/dev/fb0", O_RDWR);
 if (fd_fb < 0)
 {
  printf("can't open /dev/fb0\n");
  return -1;
 }
    
    /*Step2：获取设备参数信息 
    * xres：x 方向总像素
    * yres：y 方向总像素
    * bits_per_pixel：每个像素占多少位
    */
 if (ioctl(fd_fb, FBIOGET_VSCREENINFO, &var))
 {
  printf("can't get var\n");
  return -1;
 }

    /* Step3: 计算线宽，分配显存 */
    /* line_width 每行占的字节 */
 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;
 fbmem = (unsigned char *)mmap(NULL , screen_size, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd_fb, 0);
 if (fbmem == (unsigned char *)-1)
 {
  printf("can't mmap\n");
  return -1;
 }

 /* Step4: 清屏: 全部设为黑色 */
 memset(fbmem, 0, screen_size);

   /* Step5: 描点 */
 lcd_put_ascii(var.xres/2, var.yres/2, 'A'); /*在屏幕中间显示8*16的字母A*/
 
    /* Step6：释放资源*/
 munmap(fbmem , screen_size);
    /* Step7：关闭设备 */
 close(fd_fb);
 
 return 0;     
}

4.3 描点实现

描点的关键是计算点(x,y)位置对应的地址，然后直接指向fbmem即可向frambuffer 写入数据。

/**********************************************************************
 * 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
 * 输出参数： 无
 * 返 回 值： 会
 ***********************************************************************/ 
void lcd_put_pixel(int x, int y, unsigned int color)
{
  /* 
  * 最主要的就是fbmem 
  * 计算(x,y)位置的偏移，然后指向fbmem，这块直接映射到framebuffer 内存里
  */
  unsigned char *pen_8 = fbmem+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)
  {
       /* 8bpp*/
    case 8:
    {
      *pen_8 = color;
      break;
    }
        /*16 bpp */
    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;
    }
  }
}

4.4 向 LCD 写入 英文

写入英文的前提：

• 描点函数已实现；
• 具备该英文字符的点阵数据；

/**********************************************************************
 * 函数名称：lcd_put_ascii
 * 功能描述： 在LCD指定位置上显示一个8*16的字符
 * 输入参数：x坐标，y坐标，ascii码
 * 输出参数： 无
 * 返 回 值： 无
 ***********************************************************************/ 
void lcd_put_ascii(int x, int y, unsigned char c)
{
    /* fontdata_8x16 8x16 英文点阵数据 */
    unsigned char *dots = (unsigned char *)&fontdata_8x16[c*16];
    int i, b;
    unsigned char byte;

   /* 8 x 16 的点阵， 16行 8列*/
   for (i = 0; i < 16; i++)
   {
     byte = dots[i];
     for (b = 7; b >= 0; b--)
     {
       if (byte & (1<       {
         /* show */
         lcd_put_pixel(x+7-b, y+i, 0xffffff); /* 白 */
       }
       else
       {
         /* hide */
         lcd_put_pixel(x+7-b, y+i, 0); /* 黑 */
        }
        }
 }
}