framebuffer驱动全篇.docx

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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。

framebufferdevice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framebufferdevice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framebuffer设备有什么想法，mail：

GeertUytterhoeven<********************>

00-index这个文件

framebuffer.txt---framebuffer设备介绍

internals.txt----framebuffer设备内部快速浏览

modedb.txt----关于视频模式的资料

aty128fb.txt----关于ATIRage128显卡的framebuffer设备

clgenfb.txt-----关于CirrusLogic的显卡

matroxfb.txt----关于Matrox的显卡

pvr2fb.txt----关于PowerVR2的显卡

tgafb.txt----关于TGA（DECChip21030）显卡

vesafb.txt----关于VESA显卡

帧缓冲设备（framebuffer.txt译文）

维护：

GeertUytterhoeven

最后校正：

May10,2001

翻译：

**********************

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/fb0Firstframebuffer

1=/dev/fb1Secondframebuffer

...

31=/dev/fb3132ndframebuffer

考虑到向下兼容，你可以创建符号链接：

/dev/fb0current->fb0

/dev/fb1current->fb1

andsoon...

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/fb0myfile

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/fb0and/dev/fb1etc.）可以独立工作。

应用程序如Xserver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：

exportFRAMEBUFFER=/dev/fb1

在csh中：

setenvFRAMEBUFFER/dev/fb1

设定后，Xserver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。

Xserver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）Xserver，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.XServer

Xserver（XF68_FBDev）是对帧缓冲设备的最主要应用。

从XFree863.2后，Xserver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"

Xserver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28.37516MHz，打一个点需要

35242ps。

1/（28.37516E6Hz）=35.242E-9s

如果屏幕分辨率是640x480，那么一行的时间是：

640*35.242E-9s=22.555E-6s

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-9s=32.141E-6s

我们就认为水平扫描的频率是31KHz：

1/（32.141E-6s）=31.113E3Hz

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-6s=17.002E-3s

我们就认为垂直扫描的频率是59Hz：

1/（17.002E-3s）=58.815Hz

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framebufferdevice时序

典型的显示模式：

"800x600"508008569761040600637643666

DCFHRSH1SH2HFLVRSV1SV2VFL

而帧缓冲设备使用下面的参数：

-pixclock:

点时钟inps（picoseconds）

-left_margin:

timefromsynctopicture

-right_margin:

timefrompicturetosync

-upper_margin:

timefromsynctopicture

-lower_margin:

timefrompicturetosync

-hsync_len:

lengthofhorizontalsync

-vsync_len:

lengthofverticalsync

1）Pixelclock:

xfree:

inMHz

fb:

inpicoseconds（ps）

pixclock=1000000/DCF

2）horizontaltimings:

left_margin=HFL-SH2

right_margin=SH1-HR

hsync_len=SH2-SH1

3）verticaltimings:

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-

或者查阅下面的文档：

-Themanualpagesforfbset:

fbset（8）,fb.modes（5）

-ThemanualpagesforXFree86:

XF68_FBDev

（1）,XF86Config（4/5）

-Themightykernelsources:

olinux/drivers/video/

olinux/include/linux/fb.h

olinux/include/video/

帧缓冲设备的内部数据结构（internals.txt）

GeertUytterhoeven,21July1998

翻译：

**********************

××××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.Outsidethekernel（userspace）

-structfb_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。

-structfb_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。

-structfb_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.Insidethekernel

-structfb_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。

-structdisplay

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_MONO01andFB_VISUAL_MONO10）

-------------------------------------------------

每个象素是黑或白。

Pseudocolor（FB_VISUAL_PSEUDOCOLORandFB_VISUAL_STATIC_PSEUDOCOLOR）

---------------------------------------------------------------------

索引颜色显示

Truecolor（FB_VISUAL_TRUECOLOR）

--------------------------------

真彩显示，分成红绿兰三基色

Directcolor（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。

Grayscaledisplays

------------------

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fbdevice驱动的框架

准备好了，就开始写自己的frambufferdevicedriver。

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（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：

**********************

#ifndef_LINUX_FB_H

#define_LINUX_FB_H

#include

#include

/*Definitionsofframebuffers*/

#defineFB_MAJOR29/*主设备号*/

#defineFB_MAX32/*sufficientfornow*/

/*ioctls

0x46is'F'*/

#defineFBIOGET_VSCREENINFO0x4600

#defineFBIOPUT_VSCREENINFO0x4601

#defineFBIOGET_FSCREENINFO0x4602

#defineFBIOGETCMAP0x4604

#defineFBIOPUTCMAP0x4605

#defineFBIOPAN_DISPLAY0x4606

/*0x4607-0x460Baredefinedbelow*/

/*#defineFBIOGET_MONITORSPEC0x460C*/

/*#defineFBIOPUT_MONITORSPEC0x460D*/

/*#defineFBIOSWITCH_MONIBIT0x460E*/

#defineFBIOGET_CON2FBMAP0x460F

#defineFBIOPUT_CON2FBMAP0x4610

#defineFBIOBLANK0x4611/*arg:

0orvesalevel+1*/

#defineFBIOGET_VBLANK_IOR（'F',0x12,structfb_vblank）

#defineFBIO_ALLOC0x4613

#defineFBIO_FREE0x4614

#defineFBIOGET_GLYPH0x4615

#defineFBIOGET_HWCINFO0x4616

#defineFBIOPUT_MODEINFO0x4617

#defineFBIOGET_DISPINFO0x4618

#defineFB_TYPE_PACKED_PIXELS0/*PackedPixels*/

#defineFB_TYPE_PLANES1/*Noninterleavedplanes*/

#defineFB_TYPE_INTERLEAVED_PLANES2/*Interleavedplanes*/

#defineFB_TYPE_TEXT3/*Text/attributes*/

#defineFB_TYPE_VGA_PLANES4/*EGA/VGAplanes*/

#defineFB_AUX_TEXT_MDA0/*Monochrometext*/

#defineFB_AUX_TEXT_CGA1/*CGA/EGA/VGAColortext*/

#defineFB_AUX_TEXT_S3_MMIO2/*S3MMIOfasttext*/

#defineFB_AUX_TEXT_MGA_STEP163/*MGAMilleniumI:

text,attr,14reservedbytes*/

#defineFB_AUX_TEXT_MGA_STEP84/*otherMGAs:

text,attr,6reservedbytes*/

#defineFB_AUX_VGA_PLANES_VGA40/*16colorplanes（EGA/VGA）*/

#defineFB_AUX_VGA_PLANES_CFB41/*CFB4inplanes（VGA）*/

#defineFB_AUX_VGA_PLANES_CFB82/*CFB8inplanes（VGA）*/

#defineFB_VISUAL_MONO010/*Monochr.1=Black0=White*/

#defineFB_VISUAL_MONO101/*Monochr.1=White0=Black*/

#defineFB_VISUAL_TRUECOLOR2/*Truecolor*/

#defineFB_VISUAL_PSEUDOCOLOR3/*Pseudocolor（likeatari）*/

#defineFB_VISUAL_DIRECTCOLOR4/*Directcolor*/

#defineFB_VISUAL_STATIC_PSEUDOCOLOR5/*Pseudocolorreadonly*/

#defineFB_ACCEL_NONE0/*nohardwareaccelerator*/

#defineFB_ACCEL_ATARIBLITT1/*AtariBlitter*/

#defineFB_ACCEL_AMIGABLITT2/*AmigaBlitter*/

#defineFB_ACCEL_S3_TRIO643/*Cybervision64（S3Trio64）*/

#defineFB_ACCEL_NCR_77C32BLT4/*RetinaZ3（NCR77C32BLT）*/

#defineFB_ACCEL_S3_VIRGE5/*Cybervision64/3D（S3ViRGE）*/

#defineFB_ACCEL_ATI_MACH64GX6/*ATIMach64GXfamily*/

#defineFB_ACCEL_DEC_TGA7/*