文章目录
1 framebuffer设备
LCD是Liquid Crystal Display的简称，也就是经常所说的液晶显示器。LCD能够支持彩色图像的显示和视频的播放，是一种非常重要的输出设备。如果我们的系统要用GUI（图形界面接口），这时LCD设备驱动程序就应该编写成frambuffer接口，而不是编写成仅仅操作底层的LCD控制器接口。
framebuffer是Linux系统为显示设备提供的一个接口，它将显示缓冲区抽象，屏蔽图像硬件的底层差异，允许上层应用程序在图形模式下直接对显示缓冲区进行操作。framebuffer又叫帧缓冲，是Linux为操作显示设备提供的一个用户接口。用户应用程序可以通过framebuffer透明地访问不同类型的显示设备。从这个方面来说，framebuffer是硬件设备显示缓冲区的抽象。Linux抽象出framebuffer这个帧缓冲区可以供用户应用程序直接读写，通过更改framebuffer中的内容，就可以立刻显示在LCD显示屏上。
framebuffer是一个标准的字符设备，主设备号是29，次设备号根据缓冲区的数目而定。framebuffer对应/dev/fbn设备文件。根据显卡的多少，设备文件可能是/dev/fb0、/dev/fb1等。缓冲区设备也是一种普通的内存设备,可以直接对其进行读写。对用户程序而言，它和/dev下面的其他设备没有什么区别，用户可以把frameBuffer看成一块内存，既可以写，又可以读。显示器将根据内存数据显示对应的图像界面。这一切都由LCD控制器和响应的驱动程序来完成。NXP 官方的 Linux 内核默认已经开启了 LCD 驱动，因此我们是可以看到/dev/fb0 这样一个设备，如图 1.1所示：
上图中的/dev/fb0文件对应的就是LCD设备，，/dev/fb0 是个字符设备，因此肯定有 file_operations 操作集，fb 的 file_operations 操作集定义在 drivers/video/fbdev/core/fbmem.c 文件中，如下所示：
1495 static const struct file_operations fb_fops = {
1496 .owner = THIS_MODULE,
1497 .read = fb_read,
1498 .write = fb_write,
1499 .unlocked_ioctl = fb_ioctl,
1500 #ifdef CONFIG_COMPAT
1501 .compat_ioctl = fb_compat_ioctl,
1502 #endif
1503 .mmap = fb_mmap,
1504 .open = fb_open,
1505 .release = fb_release,
1506 #ifdef HAVE_ARCH_FB_UNMAPPED_AREA
1507 .get_unmapped_area = get_fb_unmapped_area,
1508 #endif
1509 #ifdef CONFIG_FB_DEFERRED_IO
1510 .fsync = fb_deferred_io_fsync,
1511 #endif
1512 .llseek = default_llseek,
1513 };
对于fb的详细处理过程，我们就不去深入了解了，我们的主要任务是驱动开发板上的LCD设备。
2 LCD驱动解析
既然LCD是一个外部设备，那么如果要使用LCD设备，就需要在设备树中添加LCD的相关设备节点。在NXP官方的设备树中已经有LCD设备的设备节点了，但是不适合我们开发板上的LCD设备，需要修改其中的参数来让我们开发板上的LCD设备正常工作。
首先打开imx6ull.dtsi文件，看一下有哪些和LCD相关的设备节点：
1 lcdif: lcdif@021c8000 {
2 compatible = "fsl,imx6ul-lcdif", "fsl,imx28-lcdif";
3 reg = <0x021c8000 0x4000>;
4 interrupts = <GIC_SPI 5 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>;
5 clocks = <&clks IMX6UL_CLK_LCDIF_PIX>,
6 <&clks IMX6UL_CLK_LCDIF_APB>,
7 <&clks IMX6UL_CLK_DUMMY>;
8 clock-names = "pix", "axi", "disp_axi";
9 status = "disabled";
10 };
lcdif节点在imx6ull.dtsi文件中，所有包含imx6ull.dtsi文件的开发板都有会用到这个节点，lcdif节点只是包含了一些相同的参数，不同的LCD设备会有一些不同的参数，需要在自己的设备树文件中去添加，比如在topeet_emmc_4_3.dts设备树文件中会引用lcdif节点添加其他属性信息。
在lcdif节点中的compatible属性值为“fsl,imx6ul-lcdif”和“fsl,imx28-lcdif”，然后根据这两个compatible属性值可以在内核源码中找到LCD驱动文件，找到的文件为drivers/video/fbdev/mxsfb.c，mxsfb.c就是 I.MX6ULL 的 LCD 驱动文件，在此文件中有如下内容：
1362 static const struct of_device_id mxsfb_dt_ids[] = {
1363 {
.compatible = "fsl,imx23-lcdif", .data = &mxsfb_devtype[0], },
1364 {
.compatible = "fsl,imx28-lcdif", .data = &mxsfb_devtype[1], },
1365 {
/* sentinel */ }
1366 };
......
1625 static struct platform_driver mxsfb_driver = {
1626 .probe = mxsfb_probe,
1627 .remove = mxsfb_remove,
1628 .shutdown = mxsfb_shutdown,
1629 .id_table = mxsfb_devtype,
1630 .driver = {
1631 .name = DRIVER_NAME,
1632 .of_match_table = mxsfb_dt_ids,
1633 .pm = &mxsfb_pm_ops,
1634 },
1635 };
1636
1637 module_platform_driver(mxsfb_driver);
首先可以看出LCD驱动文件也是platform框架，当设备和驱动匹配成功后，执行mxsfb_probe函数，在看 mxsfb_probe 函数之前我们先简单了解一下 Linux 下framebuffer 驱动的编写流程，Linux 内核将所有的 framebuffer 抽象为一个叫做 fb_info 的结构体，fb_info 结构体包含了 framebuffer 设备的完整属性和操作集合，因此每一个 framebuffer 设备都必须有一个 fb_info。换言之就是，LCD 的驱动就是构建 fb_info，并且向系统注册 fb_info的过程。fb_info 结构体定义在 include/linux/fb.h 文件里面，部分内容如下：
448 struct fb_info {
449 atomic_t count;
450 int node;
451 int flags;
452 struct mutex lock; /* 互斥锁 */
453 struct mutex mm_lock; /* 互斥锁，用于 fb_mmap 和 smem_*域*/
454 struct fb_var_screeninfo var; /* 当前可变参数 */
455 struct fb_fix_screeninfo fix; /* 当前固定参数 */
456 struct fb_monspecs monspecs; /* 当前显示器特性 */
457 struct work_struct queue; /* 帧缓冲事件队列 */
458 struct fb_pixmap pixmap; /* 图像硬件映射 */
459 struct fb_pixmap sprite; /* 光标硬件映射 */
460 struct fb_cmap cmap; /* 当前调色板 */
461 struct list_head modelist; /* 当前模式列表 */
462 struct fb_videomode *mode; /* 当前视频模式 */
463
464 #ifdef CONFIG_FB_BACKLIGHT /* 如果 LCD 支持背光的话 */
465 /* assigned backlight device */
466 /* set before framebuffer registration,
467 remove after unregister */
468 struct backlight_device *bl_dev; /* 背光设备 */
469
470 /* Backlight level curve */
471 struct mutex bl_curve_mutex;
472 u8 bl_curve[FB_BACKLIGHT_LEVELS];
473 #endif
......
479 struct fb_ops *fbops; /* 帧缓冲操作函数集 */
480 struct device *device; /* 父设备 */
481 struct device *dev; /* 当前 fb 设备 */
482 int class_flag; /* 私有 sysfs 标志 */
......
486 char __iomem *screen_base; /* 虚拟内存基地址(屏幕显存) */
487 unsigned long screen_size; /* 虚拟内存大小(屏幕显存大小) */
488 void *pseudo_palette; /* 伪 16 位调色板 */
......
507 };
在fb_info结构体中也有很多成员变量，其中多数我们都不用关系，需要注意的有这几个：var、fix、fbops、screen_base、screen_size 和 pseudo_palette。
在来看一下mxsfb_probe 函数实现了哪些功能：
① 申请 fb_info。
② 初始化 fb_info 结构体中的各个成员变量。
③ 初始化 eLCDIF 控制器。
④ 使用 register_framebuffer 函数向 Linux 内核注册初始化好的 fb_info。
register_framebuffer函数原型如下：
int register_framebuffer(struct fb_info *fb_info)
参数fb_info即为要注册的结构体。
下面简单看一下mxsfb_probe 函数的代码：
1369 static int mxsfb_probe(struct platform_device *pdev)
1370 {
1371 const struct of_device_id *of_id =
1372 of_match_device(mxsfb_dt_ids, &pdev->dev);
1373 struct resource *res;
1374 struct mxsfb_info *host;
1375 struct fb_info *fb_info;
1376 struct pinctrl *pinctrl;
1377 int irq = platform_get_irq(pdev, 0);
1378 int gpio, ret;
1379
......
1394
1395 res = platform_get_resource(pdev, IORESOURCE_MEM, 0);
1396 if (!res) {
1397 dev_err(&pdev->dev, "Cannot get memory IO resource\n");
1398 return -ENODEV;
1399 }
1400
1401 host = devm_kzalloc(&pdev->dev, sizeof(struct mxsfb_info), GFP_KERNEL);
1402 if (!host) {
1403 dev_err(&pdev->dev, "Failed to allocate IO resource\n");
1404 return -ENOMEM;
1405 }
1406
1407 fb_info = framebuffer_alloc(sizeof(struct fb_info), &pdev->dev);
1408 if (!fb_info) {
1409 dev_err(&pdev->dev, "Failed to allocate fbdev\n");
1410 devm_kfree(&pdev->dev, host);
1411 return -ENOMEM;
1412 }
1413 host->fb_info = fb_info;
1414 fb_info->par = host;
1415
1416 ret = devm_request_irq(&pdev->dev, irq, mxsfb_irq_handler, 0,
1417 dev_name(&pdev->dev), host);
1418 if (ret) {
1419 dev_err(&pdev->dev, "request_irq (%d) failed with
1420 error %d\n", irq, ret);
1421 ret = -ENODEV;
1422 goto fb_release;
1423 }
1424
1425 host->base = devm_ioremap_resource(&pdev->dev, res);
1426 if (IS_ERR(host->base)) {
1427 dev_err(&pdev->dev, "ioremap failed\n");
1428 ret = PTR_ERR(host->base);
1429 goto fb_release;
1430 }
......
1461
1462 fb_info->pseudo_palette = devm_kzalloc(&pdev->dev, sizeof(u32) *
1463 16, GFP_KERNEL);
1464 if (!fb_info->pseudo_palette) {
1465 ret = -ENOMEM;
1466 goto fb_release;
1467 }
1468
1469 INIT_LIST_HEAD(&fb_info->modelist);
1470
1471 pm_runtime_enable(&host->pdev->dev);
1472
1473 ret = mxsfb_init_fbinfo(host);
1474 if (ret != 0)
1475 goto fb_pm_runtime_disable;
1476
1477 mxsfb_dispdrv_init(pdev, fb_info);
1478
1479 if (!host->dispdrv) {
1480 pinctrl = devm_pinctrl_get_select_default(&pdev->dev);
1481 if (IS_ERR(pinctrl)) {
1482 ret = PTR_ERR(pinctrl);
1483 goto fb_pm_runtime_disable;
1484 }
1485 }
1486
1487 if (!host->enabled) {
1488 writel(0, host->base + LCDC_CTRL);
1489 mxsfb_set_par(fb_info);
1490 mxsfb_enable_controller(fb_info);
1491 pm_runtime_get_sync(&host->pdev->dev);
1492 }
1493
1494 ret = register_framebuffer(fb_info);
1495 if (ret != 0) {
1496 dev_err(&pdev->dev, "Failed to register framebuffer\n");
1497 goto fb_destroy;
1498 }
......
1525 return ret;
1526 }
第 1374 行，host 结构体指针变量，表示 I.MX6ULL 的 LCD 的主控接口，mxsfb_info 结构体是 NXP 定义的针对 I.MX 系列 SOC 的 Framebuffer 设备结构体。也就是我们前面一直说的设备结构体，此结构体包含了 I.MX 系列 SOC 的 Framebuffer 设备详细信息，比如时钟、eLCDIF控制器寄存器基地址、fb_info 等。
第 1395 行，从设备树中获取 eLCDIF 接口控制器的寄存器首地址，设备树中 lcdif 节点已经设置了 eLCDIF 寄存器首地址为 0X021C8000，因此 res=0X021C8000。
第 1401 行，给 host 申请内存，host 为 mxsfb_info 类型结构体指针。
第 1407 行，给 fb_info 申请内存，也就是申请 fb_info。
第 1413~1414 行，设置 host 的 fb_info 成员变量为 fb_info，设置 fb_info 的 par 成员变量为host。通过这一步就将前面申请的 host 和 fb_info 联系在了一起。
第 1416 行，申请中断，中断服务函数为 mxsfb_irq_handler。
第 1425 行，对从设备树中获取到的寄存器首地址(res)进行内存映射，得到虚拟地址，并保存到 host 的 base 成员变量。因此通过访问 host 的 base 成员即可访问 I.MX6ULL 的整个 eLCDIF寄存器。其实在 mxsfb.c 中已经定义了 eLCDIF 各个寄存器相比于基地址的偏移值，如下所示：
67 #define LCDC_CTRL 0x00
68 #define LCDC_CTRL1 0x10
69 #define LCDC_V4_CTRL2 0x20
70 #define LCDC_V3_TRANSFER_COUNT 0x20
71 #define LCDC_V4_TRANSFER_COUNT 0x30
......
89 #define LCDC_V4_DEBUG0 0x1d0
90 #define LCDC_V3_DEBUG0 0x1f0
第1462 行，给 fb_info 中的 pseudo_palette申请内存。
第 1473 行，调用 mxsfb_init_fbinfo 函数初始化 fb_info，重点是 fb_info 的 var、fix、fbops，screen_base 和 screen_size。其中 fbops 是 Framebuffer 设备的操作集，NXP 提供的 fbops 为mxsfb_ops，内容如下：
987 static struct fb_ops mxsfb_ops = {
988 .owner = THIS_MODULE,
989 .fb_check_var = mxsfb_check_var,
990 .fb_set_par = mxsfb_set_par,
991 .fb_setcolreg = mxsfb_setcolreg,
992 .fb_ioctl = mxsfb_ioctl,
993 .fb_blank = mxsfb_blank,
994 .fb_pan_display = mxsfb_pan_display,
995 .fb_mmap = mxsfb_mmap,
996 .fb_fillrect = cfb_fillrect,
997 .fb_copyarea = cfb_copyarea,
998 .fb_imageblit = cfb_imageblit,
999 };
关于 mxsfb_ops 里面的各个操作函数这里就不去详解的介绍了。mxsfb_init_fbinfo 函数通过调用 mxsfb_init_fbinfo_dt 函数从设备树中获取到 LCD 的各个参数信息。最后，mxsfb_init_fbinfo函数会调用 mxsfb_map_videomem 函数申请 LCD 的帧缓冲内存(也就是显存)。
第 1489~1490 行，设置 eLCDIF 控制器的相应寄存器。
第 1494 行，最后调用 register_framebuffer 函数向 Linux 内核注册 fb_info。
mxsfb.c 文件很大，还有一些其他的重要函数，比如 mxsfb_remove、mxsfb_shutdown 等，这里我们就简单的介绍了一下 mxsfb_probe 函数，对于其他的函数大家可以自己学习一下。
