Приступая к работе со встроенным Linux-фреймбуфером Программирование приложений Подчеркните точку в системе Linux

Эта статья в основном знакомит с программированием приложений Frmebuffer, обратите внимание на приложение, а не на драйвер. Итак, вам нужна плата для разработки, и вы уже можете запускать систему Linux.

Краткое изложение вводного учебного пособия по встроенному Linux: Учебное пособие по встроенному Linux — полный каталог учебных пособий по «голому железу», приложениям, драйверам

1. Базовые знания программирования приложений Framebuffer

В системе Linux управление ЖК-дисплеем осуществляется через драйвер кадрового буфера . Кадр означает кадр, а буфер означает буфер, что означает, что фреймбуфер — это часть памяти, в которой хранится кадр изображения.

Суть в том, что прикладная программа модифицирует Framebuffer, драйвер автоматически считывает данные из Framebuffer и управляет LCD дисплеем .

1.1 Размер фреймбуфера и вычисление адреса

расчет размера

Фреймбуфер хранит значение цвета каждого пикселя кадра изображения, предполагая, что разрешение ЖК-дисплея составляет 1024x768, а цвет каждого пикселя представлен 32 битами, тогда размер фреймбуфера: 1024x768x32/8=3145728 байт.

Расчет адреса пикселя

Предположим, вам нужно задать цвет пикселя по координатам (x, y) в LCD, сначала нужно найти память, соответствующую этому пикселю, а затем установить цвет по его значению BPP. Предполагая, что fb_base — это адрес фреймбуфера, полученный после того, как APP выполнит mmap, вы можете использовать следующую формулу для вычисления адреса фреймбуфера, соответствующего пикселю с координатами (x, y):

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

1,2 б.п.

бит на пиксель Количество битов на пиксель.

Как выразить цвет пикселя? Он представлен тремя основными цветами RGB (красный, зеленый, синий).В разных форматах BPP разные биты используются для представления R, G и B соответственно.

Для 32BPP обычно устанавливаются только младшие 24 бита, а старшие 8 бит указывают на прозрачность, которая не поддерживается обычными ЖК-дисплеями. 

Для 24BPP, для удобства обработки на аппаратном уровне, он также представлен 32 битами в Framebuffer, и эффект тот же, что и у 32BPP.

Для 16BPP обычно используется RGB565, в редких случаях используется RGB555, который можно определить, какой формат использовать, прочитав битовое смещение RGB в драйвере через ioctl.

1,3 мм карта

mmap используется для создания карт памяти. Munmap используется для отмены сопоставления памяти, установленного mmap.

#include <sys/mman.h>

void *mmap(void *addr, size_t length, int prot, int flags,
                  int fd, off_t offset);
int munmap(void *addr, size_t length);

Описание параметров функции:

• addr указывает начальный адрес памяти указанного сопоставления, обычно установленный в NULL, чтобы позволить системе автоматически выбирать адрес и возвращаться к измененному адресу после успешного установления сопоставления.

• длина указывает, сколько содержимого в файле отображается в память

• prot указывает метод защиты области сопоставления, который можно комбинировать следующими четырьмя способами:
  а) область сопоставления PROT_EXEC может быть выполнена
  b. область сопоставления PROT_READ может быть прочитана
  c. область сопоставления PROT_WRITE может быть записана
  d. область сопоставления PROT_NONE не может быть доступным

• Флаги указывают различные характеристики, влияющие на область сопоставления, и обычно используются два типа:
  а) MAP_SHARED указывает, что данные, записанные в область сопоставления, будут скопированы обратно в файл, а исходный файл будет изменен.
  б) MAP_PRIVATE указывает, что операция над сопоставленной областью создаст копию сопоставленного файла, и любые изменения в этой области не будут записаны обратно в исходное содержимое файла.

Возвращаемое значение: если сопоставление прошло успешно, будет возвращен указатель на сопоставленную область, если не удастся, будет возвращено -1 и будет установлено значение errno.

2. Программирование приложения буфера кадра

Краткое изложение шагов:

1. Откройте узел устройства: open("/dev/fb0", O_RDWR)

2. Получить параметры LCD: ioctl(fd_fb, FBIOGET_VSCREENINFO, &var)

3. 映射Framebuffer：mmap(NULL , screen_size, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd_fb, 0)

4. Рабочий фреймбуфер

2.1. Включите устройство

Сначала откройте узел устройства:

fd_fb = open("/dev/fb0", O_RDWR);
if (fd_fb < 0)
 {
        printf("can't open /dev/fb0\n");
        return -1;
 }

2.2 Получить параметры ЖК-дисплея

Драйвер ЖК-дисплея предоставляет APP два типа параметров: переменный параметр fb_var_screeninfo и фиксированный параметр fb_fix_screeninfo.

2.2.1 fb_var_screeninfo

При написании приложения основное внимание уделяется переменным параметрам, его структура определяется следующим образом (#include<linux/fb.h>):

 fb_var_screeninfo можно получить с помощью следующего кода:

static struct fb_var_screeninfo var; /* Current var */
……
 if (ioctl(fd_fb, FBIOGET_VSCREENINFO, &var))
{
    printf("can't get var\n");
    return -1;
}

Обратите внимание, что в ioctl используются следующие параметры: FBIOGET_VSCREENINFO, что означает получение переменной информации об экране для получения переменной информации об экране; конечно, вы также можете использовать FBIOPUT_VSCREENINFO для настройки этих параметров, но это редко используется.

2.2.2 fb_fix_screeninfo

Для фиксированного параметра fb_fix_screeninfo он редко используется в программировании приложений. Его структура определяется следующим образом:

Эту информацию можно прочитать с помощью ioctl FBIOGET_FSCREENINFO, но она используется редко.

 2.3 Отображение кадровых буферов

Чтобы отобразить блок памяти, вам нужно знать его адрес — он задается драйвером, и вам нужно знать его размер — который определяется приложением. код показывает, как показано ниже:

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;
fb_base = (unsigned char *)mmap(NULL , screen_size, PROT_READ | PROT_WRITE, M
AP_SHARED, fd_fb, 0);
if (fb_base == (unsigned char *)-1)
{
        printf("can't mmap\n");
        return -1;
 }

screen_size — размер всего фреймбуфера;

PROT_READ | PROT_WRITE указывает, что область доступна для чтения и записи;

MAP_SHARED указывает, что область является общей, и когда APP записывает данные, они передаются непосредственно водителю.

2.4 Составление функции точки описания

Получив возможность рисовать определенные пиксели на ЖК-дисплее, вы можете писать и рисовать, и функция рисования является основой. код показывает, как показано ниже:

void lcd_put_pixel(int x, int y, unsigned int color)
//传入的 color 表示颜色，它的格式永远是 0x00RRGGBB，即 RGB888。
//当 LCD 是 16bpp 时，要把 color 变量中的 R、 G、 B 抽出来再合并成 RGB565 格式。
 {
    unsigned char *pen_8 = fb_base+y*line_width+x*pixel_width;
    //计算(x,y)坐标上像素对应的 Framebuffer 地址。

    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)
    {
      //对于 8bpp， color 就不再表示 RBG 三原色了，这涉及调色板的概念， color 是调色板的值。
        case 8:
            {
                *pen_8 = color;
                break;
            }
        case 16:
            {
                 /* 565 */
                //先从 color 变量中把 R、 G、 B 抽出来。
                red = (color >> 16) & 0xff;
                green = (color >> 8) & 0xff;
                blue = (color >> 0) & 0xff;
                //把 red、 green、 blue 这三种 8 位颜色值，根据 RGB565 的格式，
                //只保留 red 中的高 5 位、 green 中的高 6 位、 blue 中的高 5 位，
                //组合成一个新的 16 位颜色值。
                color = ((red >> 3) << 11) | ((green >> 2) << 5) | (blue >> 3);
                //把新的 16 位颜色值写入 Framebuffer
                *pen_16 = color;
                break;
            }
        case 32:
            {
                //对于 32bpp，颜色格式跟 color 参数一致，可以直接写入Framebuffer
                *pen_32 = color;
                break;
            }
        default:
            {
                printf("can't surport %dbpp\n",var.bits_per_pixel);
                break;
            }
     }
 }

2.5 Произвольно нарисуйте несколько точек

Основная функция этой программы просто рисует несколько точек в конце:

/* 清屏: 全部设为白色 */
memset(fbmem, 0xff, screen_size);

/* 随便设置出 100 个为红色 */
for (i = 0; i < 100; i++)
lcd_put_pixel(var.xres/2+i, var.yres/2, 0xFF0000);

3. Завершить программу + скомпилировать и запустить

#include <stdio.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/mman.h>
#include <string.h>
#include <linux/fb.h>
#include <unistd.h>

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

void lcd_put_pixel(int x, int y, unsigned int color)
//传入的 color 表示颜色，它的格式永远是 0x00RRGGBB，即 RGB888。
//当 LCD 是 16bpp 时，要把 color 变量中的 R、 G、 B 抽出来再合并成 RGB565 格式。
{
    unsigned char *pen_8 = fb_base+y*line_width+x*pixel_width;
    //计算(x,y)坐标上像素对应的 Framebuffer 地址。

    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)
    {
      //对于 8bpp， color 就不再表示 RBG 三原色了，这涉及调色板的概念， color 是调色板的值。
        case 8:
            {
                *pen_8 = color;
                break;
            }
        case 16:
            {
                 /* 565 */
                //先从 color 变量中把 R、 G、 B 抽出来。
                red = (color >> 16) & 0xff;
                green = (color >> 8) & 0xff;
                blue = (color >> 0) & 0xff;
                //把 red、 green、 blue 这三种 8 位颜色值，根据 RGB565 的格式，
                //只保留 red 中的高 5 位、 green 中的高 6 位、 blue 中的高 5 位，
                //组合成一个新的 16 位颜色值。
                color = ((red >> 3) << 11) | ((green >> 2) << 5) | (blue >> 3);
                //把新的 16 位颜色值写入 Framebuffer
                *pen_16 = color;
                break;
            }
        case 32:
            {
                //对于 32bpp，颜色格式跟 color 参数一致，可以直接写入Framebuffer
                *pen_32 = color;
                break;
            }
        default:
            {
                printf("can't surport %dbpp\n",var.bits_per_pixel);
                break;
            }
     }
}
int main(int argc,int **argv)
{	
	int i;
	fd_fb = open("/dev/fb0", O_RDWR);
	if (fd_fb < 0)
	{
		printf("can't open /dev/fb0\n");
		return -1;
	}	
	if (ioctl(fd_fb, FBIOGET_VSCREENINFO, &var))
	{
		printf("can't get var\n");
		return -1;
	}
	
	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;
	
	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;
	}
	/* 清屏: 全部设为白色 */
	memset(fb_base, 0xff, screen_size);

	/* 随便设置出 100 个为红色 */
	for (i = 0; i < 100; i++)
	lcd_put_pixel(var.xres/2+i, var.yres/2, 0xFF0000);
	close(fd_fb);
	return 0;
}

Скомпилируй под убунту и запусти на отладочной плате.Эффект следующий.В правом нижнем углу есть время потому что я не отключал системный GUI.