基于STM32MP157之 FrameBuffer框架的LCD驱动
1.什么是FrameBuffer?
Framebuffer翻译为中文即帧缓冲区，帧这个单位是影像动画中的最小单位，一帧就是一副静止的画面，连续的帧就形成了动画，那么帧缓冲区就是用来缓存一帧画面的数据。在linux内核当中它就是一种程序接口，这个接口将显示器设备抽象为帧缓冲区，这个帧缓冲区一般是根据显示设备的分辨率和图像格式(ARGB888、RGB888、RGB565等)来确定缓冲区大小，从内存中申请一块区域，当我们要显示一副图片时，我们将图片的数据写入帧缓冲区即可。
2. FrameBuffer驱动程序框架
FrameFBuffer驱动就是一个字符驱动，所以它首先是建立在字符设备基础上的，那字符驱动的一般框架时如何的呢？
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字符设备操作流程
用户操作一个硬件的过程就上图所示，对于linux而言，一切皆为文件，对于硬件上的每一个设备都抽象为文件，在根目录下的/dev目录，存放的就是我们的设备文件
如图所示，里面有字符驱动gpio,i2c,还有块驱动mmcblk1,mmcblk1boot0等,其中的fb0就是我的开发板上的lcd framebuffer驱动。通过ls -la /dev/fb0可以查看这个驱动信息：这个c就代表它是一个字符设备,且主设备号为29，次设备号为0
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LCD FrameBuffer驱动程序框架分析
对于一个普通的字符设备，通常有以下五个步骤：
- 第一步：获取主设备号major，可以自动分配，也可以自己选没有被使用的主设备号
- 第二步：创建file_operation结构体，初始化成员变量.open、.release、.read、.write等成员变量
- 第三步：注册字符设备驱动
- register_chrdev(major,name,file_operation);根据主设备号和file_operation注册设备驱动
- class_creat();动态创建设备的逻辑类，并完成部分字段的初始化，然后将其添加到内核中。创建的逻辑类位于/sys/class中
- device_create();在/dev目录下创建相应的设备节点
- 第四步：入口函数，使用module_init()宏进行修饰，驱动程序加载时将执行这个函数，入口函数中调用第三部的函数
- 第五步：出口函数，使用module_exit()宏进行修饰，当驱动程序卸载时将执行这个函数，出口函数中进行：
- unregister_chrdev();注销字符设备驱动
- device_destroy();删除设备
- class_destroy();删除class
然而字符操作的这一系列操作内核已经帮我们实现了，这一下列操作在drivers/video/fbdev/core/fbmem.c文件中实现。实现过程如下：
- 第一步：主设备号FB_MAJOR在include/uapi/linux/major.h有定义，为29
- 第二步：file_operation创建和初始化
static const struct file_operations fb_fops = { .owner = THIS_MODULE, .read = fb_read, .write = fb_write, .unlocked_ioctl = fb_ioctl, #ifdef CONFIG_COMPAT .compat_ioctl = fb_compat_ioctl, #endif .mmap = fb_mmap, .open = fb_open, .release = fb_release, #if defined(HAVE_ARCH_FB_UNMAPPED_AREA) || \ (defined(CONFIG_FB_PROVIDE_GET_FB_UNMAPPED_AREA) && \ !defined(CONFIG_MMU)) .get_unmapped_area = get_fb_unmapped_area, #endif #ifdef CONFIG_FB_DEFERRED_IO .fsync = fb_deferred_io_fsync, #endif .llseek = default_llseek, };- 第三步：入口函数，执行注册字符驱动操作等
static int __init fbmem_init(void) { int ret; if (!proc_create_seq("fb", 0, NULL, &proc_fb_seq_ops)) return -ENOMEM; /*注册字符设备，FB_MAJOR 为主设备号，file_operation结构体为fb_fops*/ ret = register_chrdev(FB_MAJOR, "fb", &fb_fops); if (ret) { printk("unable to get major %d for fb devs\n", FB_MAJOR); goto err_chrdev; } /* 动态创建设备的逻辑类 ,位于/sys/class/目录下，名称为graphics*/ fb_class = class_create(THIS_MODULE, "graphics"); if (IS_ERR(fb_class)) { ret = PTR_ERR(fb_class); pr_warn("Unable to create fb class; errno = %d\n", ret); fb_class = NULL; goto err_class; } fb_console_init(); return 0; err_class: unregister_chrdev(FB_MAJOR, "fb"); err_chrdev: remove_proc_entry("fb", NULL); return ret; } module_init(fbmem_init);/* 入口函数 */- 第四步：出口函数，注销字符驱动操作等
static void __exit fbmem_exit(void) { fb_console_exit(); remove_proc_entry("fb", NULL); class_destroy(fb_class);/* 删除fb_class类 */ unregister_chrdev(FB_MAJOR, "fb");/* 注销字符驱动 */ } module_exit(fbmem_exit);然后我们简单分析一下fb_fops结构体中的.open函数fb_open()
static int fb_open(struct inode *inode, struct file *file) __acquires(&info->lock) __releases(&info->lock) { /* 获得次设备号 inode结构体中存放了设备的设备号，可通过设备号来获取次设备号 */ int fbidx = iminor(inode); struct fb_info *info; int res = 0; /* 获取该设备对应的fb_info结构体 设备驱动注册时会根据次设备号注册fb_info结构体 */ info = get_fb_info(fbidx); if (!info) { request_module("fb%d", fbidx); info = get_fb_info(fbidx); if (!info) return -ENODEV; } if (IS_ERR(info)) return PTR_ERR(info); lock_fb_info(info); if (!try_module_get(info->fbops->owner)) { res = -ENODEV; goto out; } file->private_data = info; if (info->fbops->fb_open) { res = info->fbops->fb_open(info,1);/* 调用fb_info结构体中fbops下的fb_open函数 */ if (res) module_put(info->fbops->owner); } #ifdef CONFIG_FB_DEFERRED_IO if (info->fbdefio) fb_deferred_io_open(info, inode, file); #endif out: unlock_fb_info(info); if (res) put_fb_info(info); return res; }在fb_open()函数中iminor(inode)根据设备文件的inode节点中的设备号来获取次设备号，get_fb_info()函数再根据次设备号获取一个fb_info结构体info,最终调用info->fbops->fb_open()函数。
同理分析fb_release()函数，最终调用info->fbops->fb_release()函数,所以内核为我们提供了一个framebuffer框架，我们只需要实现一个fb_info结构体，这个结构体可通过此设备号查找得到，并且对该结构体中的fbops初始化。经过简单分析我们基本上可以得出LCD FrameBuffer框架流程如下：
