frame buffer顯卡驅(qū)動入門

1、 framebuffer驅(qū)動全篇在后續(xù)的幾篇里面會詳細介紹如何編寫一個顯卡的驅(qū)動程序。framebuffer device在內(nèi)核里面作為顯卡驅(qū)動模型，許多函數(shù)和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)都是特定，正是這些特定的東西為我們的編程提供了方便。要開發(fā)frame buffer device驅(qū)動，你應該閱讀SourceSourceDocumentationfb下面的說明文件，三個重要文件00-INDEX，framebuffer.txt，internals.txt，其他文件都是針對具體顯卡芯片的說明了。文件00-INDEX譯文文檔/documentation/fb的索引文件。如果你對frame buffer設備有什么想法，

2、mail：Geert Uytterhoeven <>00-index這個文件framebuffer.txt- frame buffer 設備介紹internals.txt-frame buffer設備內(nèi)部快速瀏覽modedb.txt-關于視頻模式的資料aty128fb.txt-關于ATI Rage128顯卡的frame buffer設備clgenfb.txt-關于Cirrus Logic的顯卡matroxfb.txt-關于Matrox的顯卡pvr2fb.txt-關于PowerVR 2的顯卡tgafb.txt-關于TGA（DECChip 2103

3、0）顯卡vesafb.txt-關于VESA顯卡0.介紹幀緩沖設備提供了顯卡的抽象描述。他同時代表了顯卡上的顯存，應用程序通過定義好的接口可以訪問顯卡，而不需要知道底層的任何操作。 該設備使用特殊的設備節(jié)點，通常位于/dev目錄，如/dev/fb*. 1.用戶角度的/dev/fb*從用戶的角度看，幀緩沖設備和其他位于/dev下面的設備類似。他是一個字符設備，通常主設備號是29，次設備號定義幀緩沖的個數(shù)。 通常，使用如下方式（前面的數(shù)字代碼次設備號） 0 = /dev/fb0 Firstframe buffer 1 = /dev/fb1 Second frame buffer . 31 = /de

4、v/fb31 32nd frame buffer 考慮到向下兼容，你可以創(chuàng)建符號鏈接： /dev/fb0current -> fb0 /dev/fb1current -> fb1and so on. 幀緩沖設備也是一種普通的內(nèi)存設備，你可以讀寫其內(nèi)容。例如，對屏幕抓屏： cp /dev/fb0 myfile你也可以同時有多個顯示設備，例如你的主板上出了內(nèi)置的顯卡還有另一獨立的顯卡。對應的幀緩沖設備(/dev/fb0 and /dev/fb1etc.)可以獨立工作。 應用程序如 X server一般使用/dev/fb0作為默認的顯示幀緩沖區(qū)。你可以自定把某個設備作為默認的幀緩沖設備，

5、設置$FRAMEBUFFER環(huán)境變量即可。在sh/bash： export FRAMEBUFFER=/dev/fb1在csh中： setenv FRAMEBUFFER /dev/fb1 設定后，X server將使用第二個幀緩沖區(qū)設備。 2.程序員角度看/dev/fb*正如你所知，一個幀緩沖設備和內(nèi)存設備類似/dev/mem，并且有許多共性。你可以read,write,seek以及mmap()。不同僅僅是幀緩沖的內(nèi)存不是所有的內(nèi)存區(qū)，而是顯卡專用的那部分內(nèi)存。 /dev/fb*也允許盡心ioctl操作，通過ioctl可以讀取或設定設備參數(shù)。顏色映射表也是通過Ioctl設定。查看 就知道有多少i

6、octl應用以及相關數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。這里給出摘要： - 你可以獲取設備一些不變的信息，如設備名，屏幕的組織（平面，象素,.)對應內(nèi)存區(qū) 的長度和起始地址。 - 也可以獲取能夠發(fā)生變化的信息，例如位深，顏色格式，時序等。如果你改變這些值， 驅(qū)動程序?qū)χ颠M行優(yōu)化，以滿足設備特性（返回EINVAL，如果你的設定，設備不支持） - 你也可以獲取或設定部分顏色表。 所有這些特性讓應用程序十分容易的使用設備。X server可以使用/dev/fb*而不需知道硬件 的寄存器是如何組織的。 XF68_FBDev是一個用于位映射（單色）X server，唯一要做的就是 在應用程序在相應的位置設定是否顯示。 在新內(nèi)核

7、中，幀緩沖設備可以工作于模塊中，允許動態(tài)加載。這類驅(qū)動必須調(diào)用 register_framebuffer()在系統(tǒng)中注冊。使用模塊更方便！ 3.幀緩沖分辨率設定 幀緩沖的分辨率可以用工具fbset設定。他可以改變視頻設備的顯示模式。主要就是改變當前視頻模式，如在啟動過程中，在/etc/rc.* 或 /etc/init.d/* 文件中調(diào)用，可以把視頻模式從單色顯示變成真彩. fbset使用存儲在配置文件中的視頻模式數(shù)據(jù)表，你可以在文件中增加自己需要的顯示模式。 4.X Server Xserver (XF68_FBDev)是對幀緩沖設備的最主要應用。從XFree86 3.2后，X server就

8、是XFree86的一部分了，有2個工作模式: - 在/etc/XF86Config文件中，如果Display'段關于 fbdev'的配置： Modes "default" X server 將使用前面討論的，從環(huán)境變量$FRAMEBUFFER獲取當前幀緩沖設備. 你也可以設定顏色位深，使用Depth關鍵字，使用Virtual設定虛擬分辨率。這也是 默認設置。 - 然而你也可以通過設定/etc/XF86Config,改變分辨率。這樣有很多靈活性，唯一的 不足就是你必須設定刷新頻率?？梢杂胒bset -x通過fbset或xvidtune切換顯示模式。 5.視頻模

9、式頻率 CRT顯示器是用3個電子槍轟擊磷粉完成顏色的顯示的。電子槍從左到右的水平掃描，并從上至下的垂直掃描。通過改變槍的電壓，所顯示的顏色可以不同。當電子槍完成一行掃描重新回到下一行的開始，被稱作“水平折回”。當一屏幕全部掃描完畢，電子槍將回到最左上腳，被成為“垂直折回”。在折回的途中電子槍是關閉的。 電子槍打點的移動速度取決于點時鐘。如果點時鐘是28.37516 MHz，打一個點需要35242ps。 1/(28.37516E6 Hz) = 35.242E-9 s 如果屏幕分辨率是640x480，那么一行的時間是： 640*35.242E-9 s = 22.555E-6 s然而水平折回也是需要

10、時間的，通常272個打點時間，因此一行總共需要： (640+272)*35.242E-9 s = 32.141E-6 s我們就認為水平掃描的頻率是31KHz： 1/(32.141E-6 s) = 31.113E3 Hz 一屏幕含有480行，加上垂直折回時間49，一屏所需的時間： (480+49)*32.141E-6 s = 17.002E-3 s我們就認為垂直掃描的頻率是59Hz： 1/(17.002E-3 s) = 58.815 Hz這也意味著屏幕數(shù)據(jù)每秒鐘刷新59次。為了得到穩(wěn)定的圖像顯示效果，VESA垂直掃描頻率不低于72Hz。但是也因人而異，有些人50Hz感覺不到任何問題，有些至少在8

11、0Hz以上才可以。 由于顯示器不知道什么時候新行開始掃描，顯卡為每一行掃描提供水平同步信號。類似的，他也為每一幀顯示提供垂直同步信號。圖像在屏幕上點的位置取決于這些同步信號的發(fā)生時刻。 下圖給出了所有時序的概要。水平折回的時間就是左邊空白右邊空白水平同步長度。垂直折回的時間就是上空白下空白垂直同步長。 +-+-+-+-+ | | | | | | | |upper_margin | | | | | ? | | | +-#-+-+ | # # | | | # | # | | | # | # | | | # | # | | | left # | # right | hsync | | margin

12、# | xres # margin | len | |<->#<-+->#<->|<->| | # | # | | | # | # | | | # | # | | | # |yres # | | | # | # | | | # | # | | | # | # | | | # | # | | | # | # | | | # | # | | | # | # | | | # | # | | | # ? # | | +-#-+-+ | | | | | | | |lower_margin | | | | | ? | | | +-+-+-+-+ | | |

13、| | | | |vsync_len | | | | | ? | | | +-+-+-+-+6.把XFree86時序變成frame buffer device時序典型的顯示模式： "800x600" 50 800 856 976 1040 600 637 643 666 < name > DCF HR SH1 SH2 HFL VR SV1 SV2 VFL 而幀緩沖設備使用下面的參數(shù)： -pixclock: 點時鐘 in ps (pico seconds) - left_margin: time from sync topicture - right_margin

14、: time from picture tosync - upper_margin: time from sync topicture - lower_margin: time from picture tosync - hsync_len: length of horizontal sync - vsync_len: length of vertical sync 1) Pixelclock: xfree: in MHz fb: in picoseconds (ps) pixclock = 1000000 / DCF2) horizontal timings: left_margin = H

15、FL - SH2 right_margin = SH1 - HR hsync_len = SH2 - SH13) vertical timings: upper_margin = VFL - SV2 lower_margin = SV1 - VR vsync_len = SV2 - SV1 "xc/programs/Xserver/hw/xfree86/doc/modeDB.txt". 7. 引用獲取更多關于幀緩沖設備以及應用的參考，請訪問：或者查閱下面的文檔： - Themanual pages for fbset: fbset(8), fb.modes(5) - The

16、 manual pages for XFree86:XF68_FBDev(1), XF86Config(4/5) - The mighty kernel sources: o linux/drivers/video/ o linux/include/linux/fb.h o linux/include/video/ 幀緩沖設備的內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（internals.txt）Geert Uytterhoeven , 21 July 1998 ××××幀緩沖設備中用到的結(jié)構(gòu)體×××× 以下數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在幀緩沖設備使用，定義 。

17、 1. Outside the kernel (user space) - struct fb_fix_screeninfo 幀緩沖設備中設備無關的常值數(shù)據(jù)信息。可以通過Ioctl的FBIOGET_FSCREENINFO獲取。 - struct fb_var_screeninfo 幀緩沖設備中設備無關的變量數(shù)據(jù)信息和特定的顯示模式?？梢酝ㄟ^iotcl的FBIOGET_VSCREENINFO 獲取，并通過ioctl的FBIOPUT_VSCREENINFO設定。還有FBIOPAN_DISPLAY可以用。 - struct fb_cmap 設備無關的顏色表信息。你可以通過ioctl的FBIOGETC

18、MAP 和 FBIOPUTCMAP讀取或設定。 2. Inside the kernel - struct fb_info 常規(guī)信息，API以及幀緩沖設備的底層信息（主板地址.). - struct par' 唯一指定該設備的顯示模式的設備相關信息。 -struct display 幀緩沖設備和控制臺驅(qū)動之間的接口。- * 常用的幀緩沖 API *Monochrome (FB_VISUAL_MONO01 and FB_VISUAL_MONO10)-每個象素是黑或白。 Pseudo color (FB_VISUAL_PSEUDOCOLOR andFB_VISUAL_STATIC_PSEU

19、DOCOLOR)-索引顏色顯示 True color (FB_VISUAL_TRUECOLOR)-真彩顯示，分成紅綠蘭三基色 Direct color (FB_VISUAL_DIRECTCOLOR)-每個象素顏色也是有紅綠藍組成，不過每個顏色值是個索引，需要查表。 Grayscale displays-灰度顯示，紅綠藍的值都一樣 準備開始寫我們自己的驅(qū)動之前，請詳細閱讀如下文件：Documentationfb目錄 vesafb.txt，matroxfb.txt，sa1100fb.txtdriversvideo目錄 fbmem.c，fbgen.c，fbmon.c，fbcmap.c skeleto

20、nfb.c vesafb.c，sa1100fb.c，sa1100fb.hincludelinux目錄 fb.h最值得關注的是skeletonfb.c，該文件給出了一個fb device 驅(qū)動的框架準備好了，就開始寫自己的fram buffer devicedriver。framebuffer驅(qū)動全篇（二）還是要補充點，下面是/linux/fb.h的部分注釋，加粗的是常用的，紅色是關鍵的，一般不可少。旁邊沒有漢字，要么很簡單沒必要加注，要么就用不到！ #ifndef _LINUX_FB_H#define _LINUX_FB_H #include #include /* Definitions o

21、f frame buffers */ #define FB_MAJOR 29 /*主設備號*/#define FB_MAX 32 /* sufficient for now */ /* ioctls 0x46is 'F' */#define FBIOGET_VSCREENINFO 0x4600#define FBIOPUT_VSCREENINFO 0x4601#define FBIOGET_FSCREENINFO 0x4602#define FBIOGETCMAP 0x4604#define FBIOPUTCMAP 0x4605#define FBIOPAN_DISPLAY 0

22、x4606/* 0x4607-0x460B are defined below */* #define FBIOGET_MONITORSPEC 0x460C*/* #define FBIOPUT_MONITORSPEC 0x460D */* #define FBIOSWITCH_MONIBIT 0x460E */#define FBIOGET_CON2FBMAP 0x460F#define FBIOPUT_CON2FBMAP 0x4610#define FBIOBLANK 0x4611 /*arg: 0 or vesa level + 1 */#define FBIOGET_VBLANK _I

23、OR('F', 0x12, struct fb_vblank)#define FBIO_ALLOC 0x4613#define FBIO_FREE 0x4614#define FBIOGET_GLYPH 0x4615#define FBIOGET_HWCINFO 0x4616#define FBIOPUT_MODEINFO 0x4617#define FBIOGET_DISPINFO 0x4618 #define FB_TYPE_PACKED_PIXELS 0 /*Packed Pixels */#define FB_TYPE_PLANES 1 /*Non interleave

24、d planes */#define FB_TYPE_INTERLEAVED_PLANES 2 /*Interleaved planes */#define FB_TYPE_TEXT 3 /*Text/attributes */#define FB_TYPE_VGA_PLANES 4 /*EGA/VGA planes */ #define FB_AUX_TEXT_MDA 0 /* Monochrome text */#define FB_AUX_TEXT_CGA 1 /* CGA/EGA/VGA Color text */#define FB_AUX_TEXT_S3_MMIO 2 /*S3 M

25、MIO fasttext */#define FB_AUX_TEXT_MGA_STEP16 3 /*MGA Millenium I: text, attr, 14 reserved bytes */#define FB_AUX_TEXT_MGA_STEP8 4 /*other MGAs: text, attr, 6 reserved bytes */ #define FB_AUX_VGA_PLANES_VGA4 0 /* 16 color planes (EGA/VGA) */#define FB_AUX_VGA_PLANES_CFB4 1 /*CFB4 in planes (VGA) */#

26、define FB_AUX_VGA_PLANES_CFB8 2 /*CFB8 in planes (VGA) */ #define FB_VISUAL_MONO01 0 /*Monochr. 1=Black 0=White */#define FB_VISUAL_MONO10 1 /*Monochr. 1=White 0=Black */#define FB_VISUAL_TRUECOLOR 2 /* True color */#define FB_VISUAL_PSEUDOCOLOR 3 /*Pseudo color (like atari) */#define FB_VISUAL_DIRE

27、CTCOLOR 4 /*Direct color */#define FB_VISUAL_STATIC_PSEUDOCOLOR 5 /*Pseudo color readonly */ #define FB_ACCEL_NONE 0 /* nohardware accelerator */#define FB_ACCEL_ATARIBLITT 1 /*Atari Blitter */#define FB_ACCEL_AMIGABLITT 2 /*Amiga Blitter */#define FB_ACCEL_S3_TRIO64 3 /*Cybervision64 (S3 Trio64) */

28、#define FB_ACCEL_NCR_77C32BLT 4 /* RetinaZ3 (NCR 77C32BLT) */#define FB_ACCEL_S3_VIRGE 5 /*Cybervision64/3D (S3 ViRGE) */#define FB_ACCEL_ATI_MACH64GX 6 /*ATI Mach 64GX family */#define FB_ACCEL_DEC_TGA 7 /*DEC 21030 TGA */#define FB_ACCEL_ATI_MACH64CT 8 /*ATI Mach 64CT family */#define FB_ACCEL_ATI

29、_MACH64VT 9 /*ATI Mach 64CT family VT class */#define FB_ACCEL_ATI_MACH64GT 10 /*ATI Mach 64CT family GT class */#define FB_ACCEL_SUN_CREATOR 11 /*Sun Creator/Creator3D */#define FB_ACCEL_SUN_CGSIX 12 /*Sun cg6 */#define FB_ACCEL_SUN_LEO 13 /*Sun leo/zx */#define FB_ACCEL_IMS_TWINTURBO 14 /*IMS Twin

30、 Turbo */#define FB_ACCEL_3DLABS_PERMEDIA2 15 /* 3Dlabs Permedia 2 */#define FB_ACCEL_MATROX_MGA2064W 16 /* Matrox MGA2064W (Millenium) */#define FB_ACCEL_MATROX_MGA1064SG 17 /* Matrox MGA1064SG (Mystique) */#define FB_ACCEL_MATROX_MGA2164W 18 /* Matrox MGA2164W (Millenium II) */#define FB_ACCEL_MAT

31、ROX_MGA2164W_AGP 19 /* Matrox MGA2164W (Millenium II) */#define FB_ACCEL_MATROX_MGAG100 20 /*Matrox G100 (Productiva G100) */#define FB_ACCEL_MATROX_MGAG200 21 /*Matrox G200 (Myst, Mill, .) */#define FB_ACCEL_SUN_CG14 22 /*Sun cgfourteen */#define FB_ACCEL_SUN_BWTWO 23 /*Sun bwtwo */#define FB_ACCEL

32、_SUN_CGTHREE 24 /*Sun cgthree */#define FB_ACCEL_SUN_TCX 25 /*Sun tcx */#define FB_ACCEL_MATROX_MGAG400 26 /*Matrox G400 */#define FB_ACCEL_NV3 27 /* nVidiaRIVA 128 */#define FB_ACCEL_NV4 28 /* nVidiaRIVA TNT */#define FB_ACCEL_NV5 29 /* nVidiaRIVA TNT2 */#define FB_ACCEL_CT_6555x 30 /*C&T 6555x

33、 */#define FB_ACCEL_3DFX_BANSHEE 31 /*3Dfx Banshee */#define FB_ACCEL_ATI_RAGE128 32 /*ATI Rage128 family */#define FB_ACCEL_IGS_CYBER2000 33 /*CyberPro 2000 */#define FB_ACCEL_IGS_CYBER2010 34 /*CyberPro 2010 */#define FB_ACCEL_IGS_CYBER5000 35 /*CyberPro 5000 */#define FB_ACCEL_SIS_GLAMOUR 36 /*Si

34、S 300/630/540 */#define FB_ACCEL_3DLABS_PERMEDIA3 37 /* 3Dlabs Permedia 3 */*上面的宏定義不用關心*/ /*不可修改的屏幕信息，用戶空間可見*/struct fb_fix_screeninfo charid16; /*identification string eg "TT Builtin" */ unsignedlong smem_start; /* Start of framebuffer mem 顯存的起始地址*/ /*(physical address) */ _u32smem_len; /

35、*Length of frame buffer mem 顯存的大小 */ _u32type; /* seeFB_TYPE_* */ _u32type_aux; /* Interleavefor interleaved Planes */ _u32visual; /* seeFB_VISUAL_* */ _u16xpanstep; /*zero if no hardware panning */ _u16ypanstep; /*zero if no hardware panning */ _u16ywrapstep; /* zero if nohardware ywrap */ _u32line

36、_length; /* length of aline in bytes 每行的字節(jié)數(shù) */ unsignedlong mmio_start; /* Start of Memory MappedI/O */ /*(physical address) */ _u32mmio_len; /*Length of Memory Mapped I/O */ _u32accel; /* Type of acceleration available */ _u16reserved3; /* Reservedfor future compatibility */; /* Interpretation of o

37、ffset for color fields:All offsets are from the right, *inside a "pixel" value, which is exactly 'bits_per_pixel' wide(means: you * canuse the offset as right argument to <<). A pixel afterwards is a bit *stream and is written to video memory as that unmodified. This implies

38、*big-endian byte order if bits_per_pixel is greater than 8. */ /*像素所占字節(jié)內(nèi)，各個顏色的位分配比如RGB=888,565,555等等，*/struct fb_bitfield _u32offset; /*beginning of bitfield */ _u32length; /* lengthof bitfield */ _u32msb_right; /* != 0 : Mostsignificant bit is */ /*right */ ; /*下面的宏也不常用*/#define FB_NONSTD_HAM 1 /*Hold-And-Modify (HAM) */ #define FB_ACTIVATE_NOW 0 /* set values immediately (or vbl)*/#define FB_ACTIVATE_NXTOPEN 1 /*activate on next open */#define FB_ACTIVATE_TEST 2 /*don't set, round up impossible */#define