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【转】帧缓冲设备所支持的操作及原理

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【转】帧缓冲设备所支持的操作及原理

http://blog.sina.com.cn/s/blog_5ed6a8790100d94z.html

帧缓冲(framebuffer)是Linux为显示设备提供的一个接口,把显存抽象后的一种设备,他允许上层应用程序在图形模式下直接对显示缓冲区进行读写操作。这种操作是抽象的,统一的。用户不必关心物理显存的位置、换页机制等等具体细节。这些都是由Framebuffer设备驱动来完成的。

帧缓冲驱动的应用广泛,在linux的桌面系统中,Xwindow服务器就是利用帧缓冲进行窗口的绘制。尤其是通过帧缓冲可显示汉字点阵,成为Linux汉化的唯一可行方案。

    Linux FrameBuffer 本质上只是提供了对图形设备的硬件抽象,在开发者看来,FrameBuffer 是一块显示缓存,往显示缓存中写入特定格式的数据就意味着向屏幕输出内容。所以说FrameBuffer就是一块白板。例如对于初始化为16 位色的FrameBuffer 来说, FrameBuffer中的两个字节代表屏幕上一个点,从上到下,从左至右,屏幕位置与内存地址是顺序的线性关系。

    帧缓存可以在系统存储器(内存)的任意位置,视频控制器通过访问帧缓存来刷新屏幕。 帧缓存也叫刷新缓存 Frame buffer refresh buffer, 这里的帧(frame)是指整个屏幕范围。

    帧缓存有个地址,是在内存里。我们通过不停的向frame buffer中写入数据, 显示控制器就自动的从frame buffer中取数据并显示出来。全部的图形都共享内存中同一个帧缓存。

    CPU指定显示控制器工作,则显示控制器根据CPU的控制到指定的地方去取数据 指令, 目前的数据一般是从显存里取,如果显存里存不下,则从内存里取, 内存也放不下,则从硬盘里取,当然也不是内存放不下,而是为了节省内存的话,可以放在硬盘里,然后通过指令控制显示控制器去取。帧缓存 Frame Buffer,里面存储的东西是一帧一帧的, 显卡会不停的刷新Frame Buffer, 这每一帧如果不捕获的话, 则会被丢弃,也就是说是实时的。这每一帧不管是保存在内存还是显存里,都是一个显性的信息,这每一帧假设是800×600的分辨率, 则保存的是800×600个像素点,和颜色值。

   帧缓冲设备对应的设备文件为/dev/fb*,如果系统有多个显示卡,Linux下还可支持多个帧缓冲设备,最多可达32 个,分别为/dev/fb0/dev/fb31,而/dev/fb则为当前缺省的帧缓冲设备,通常指向/dev/fb0。当然在嵌入式系统中支持一个显示设备就够了。帧缓冲设备为标准字符设备,主设备号为29,次设备号则从031。分别对应/dev/fb0-/dev/fb31。通过/dev/fb,应用程序的操作主要有这几种:

1 /写(read/write/dev/fb:相当于读/写屏幕缓冲区。例如用 cp /dev/fb0 tmp命令可将当前屏幕的内容拷贝到一个文件中,而命令cp tmp > /dev/fb0 则将图形文件tmp显示在屏幕上。

2.映射(map)操作:由于Linux工作在保护模式,每个应用程序都有自己的虚拟地址空间,在应用程序中是不能直接访问物理缓冲区地址的。为此, Linux在文件操作 file_operations结构中提供了mmap函数,可将文件的内容映射到用户空间。对于帧缓冲设备,则可通过映射操作,可将屏幕缓冲区的物理地址映射到用户空间的一段虚拟地址中,之后用户就可以通过读写这段虚拟地址访问屏幕缓冲区,在屏幕上绘图了。实际上,使用帧缓冲设备的应用程序都是通过映射操作来显示图形的。由于映射操作都是由内核来完成,下面我们将看到,帧缓冲驱动留给开发人员的工作并不多。

3 I/O控制:对于帧缓冲设备,对设备文件的ioctl操作可读取/设置显示设备及屏幕的参数,如分辨率,显示颜色数,屏幕大小等等。ioctl的操作是由底层的驱动程序来完成的。

在应用程序中,操作/dev/fb的一般步骤如下:

1 打开/dev/fb设备文件。

2.用ioctrl操作取得当前显示屏幕的参数,如屏幕分辨率,每个像素点的比特数。根据屏幕参数可计算屏幕缓冲区的大小。

3 将屏幕缓冲区映射到用户空间。

4.映射后就可以直接读写屏幕缓冲区,进行绘图和图片显示了。

典型程序段如下:

#include  

int main()

{

int fbfd = 0;

struct fb_var_screeninfo vinfo;

struct fb_fix_screeninfo finfo;

long int screensize = 0;

fbfd = open("/dev/fb0", O_RDWR);

ioctl(fbfd, FBIOGET_FSCREENINFO, &finfo);

ioctl(fbfd, FBIOGET_VSCREENINFO, &vinfo);

screensize = vinfo.xres * vinfo.yres * vinfo.bits_per_pixel / 8;

fbp=(char*)mmap(0,screensize,PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_SHARED, fbfd, 0);

}

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