LCD驱动分析(二)：framebuffer结构的介绍

基于S5PV210下Framebuffer驱动的分析

1.
知道Framebuffer的工作原理

2.
了解Framebuffer的架构

3.
Framebuffer的注册，驱动实现的机制

Frame：你所看到的屏幕的图像，或者在一个窗口中的图像，就叫一帧

Buffer：一段ram，用来暂存图像的数据，这些数据会被直接写入到先试显示设备

从上得知framebuffer并不具备任何数据运算的能力，你可以简单的把它理解为一个媒介！允许应用程序通过FrameBuffer定义好的接口访问这些图形设备，从而不用去关心具体的硬件细节。
帧缓冲设备为标准的字符型设备，在Linux中主设备号29，定义在/linux/major.h中的FB_MAJOR，次设备号定义帧缓冲的个数，最大允许有32个FrameBuffer，定义在/include/linux/fb.h中的FB_MAX，采用了“文件层---驱动层”的接口方式,对应于文件系统下/dev/fb%d设备文件。
帧缓冲设备驱动在Linux子系统中的结构如下：



我们从上面这幅图看，帧缓冲设备在Linux中也可以看做是一个完整的子系统，大体由fbmem.c和xxxfb.c（对应我们的s3cfb.c）组成。向上给应用程序提供完善的设备文件操作接口(即对FrameBuffer设备进行read、write、ioctl等操作)，接口在Linux提供的fbmem.c文件中实现；向下提供了硬件操作的接口，只是这些接口Linux并没有提供实现，因为这要根据具体的LCD控制器硬件进行设置，所以这就是我们要做的事情了(即s3cfb.c部分的实现)。
framebuffer数据结构及接口函数
从帧缓冲设备驱动程序结构看，该驱动主要跟fb_info结构体有关，该结构体记录了帧缓冲设备的全部信息，包括设备的设置参数、状态以及对底层硬件操作的函数指针。在Linux中，每一个帧缓冲设备都必须对应一个fb_info，fb_info在/linux/fb.h中的定义如下：(只列出重要的一些)

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struct fb_info {

int node;

int flags;

struct fb_var_screeninfo var;/*LCD可变参数结构体*/

struct fb_fix_screeninfo fix;/*LCD固定参数结构体*/

struct fb_monspecs monspecs;
/*LCD显示器标准*/

struct work_struct queue;
/*帧缓冲事件队列*/

struct fb_pixmap pixmap;
/*图像硬件mapper*/

struct fb_pixmap sprite;
/*光标硬件mapper*/

struct fb_cmap cmap;
/*当前的颜色表*/

struct fb_videomode *mode;
/*当前的显示模式*/

#ifdef CONFIG_FB_BACKLIGHT

struct backlight_device *bl_dev;/*对应的背光设备*/

struct mutex bl_curve_mutex;

u8 bl_curve[FB_BACKLIGHT_LEVELS];/*背光调整*/

#endif

#ifdef CONFIG_FB_DEFERRED_IO

struct delayed_work deferred_work;

struct fb_deferred_io *fbdefio;

#endif

struct fb_ops *fbops;
/*对底层硬件操作的函数指针*/

struct device *device;

struct device *dev;
/*fb设备*/

int class_flag;

#ifdef CONFIG_FB_TILEBLITTING

struct fb_tile_ops *tileops;
/*图块Blitting*/

#endif

char __iomem *screen_base;
/*虚拟基地址*/

unsigned long screen_size;
/*LCD IO映射的虚拟内存大小*/

void *pseudo_palette;
/*伪16色颜色表*/

#define FBINFO_STATE_RUNNING 0

#define FBINFO_STATE_SUSPENDED 1

u32 state;
/*LCD的挂起或恢复状态*/

void *fbcon_par;

void *par;

};

其中，比较重要的成员有struct fb_var_screeninfo var、struct fb_fix_screeninfo fix和struct
fb_ops *fbops，他们也都是结构体。
fb_var_screeninfo结构体主要记录用户可以修改的控制器的参数，比如屏幕的分辨率和每个像素的比特数等，该结构体定义如下：

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struct fb_var_screeninfo
{

__u32 xres;
/*可见屏幕一行有多少个像素点*/

__u32 yres;
/*可见屏幕一列有多少个像素点*/

__u32 xres_virtual;
/*虚拟屏幕一行有多少个像素点*/

__u32 yres_virtual;
/*虚拟屏幕一列有多少个像素点*/

__u32 xoffset;
/*虚拟到可见屏幕之间的行偏移*/

__u32 yoffset;
/*虚拟到可见屏幕之间的列偏移*/

__u32 bits_per_pixel;
/*每个像素的位数即BPP*/

__u32 grayscale;
/*非0时，指的是灰度*/

struct fb_bitfield red;
/*fb缓存的R位域*/

struct fb_bitfield green;
/*fb缓存的G位域*/

struct fb_bitfield blue;
/*fb缓存的B位域*/

struct fb_bitfield transp;
/*透明度*/

__u32 nonstd;
/* != 0 非标准像素格式*/

__u32 activate;

__u32 height;
/*高度*/

__u32 width;
/*宽度*/

__u32 accel_flags;

/*定时：除了pixclock本身外，其他的都以像素时钟为单位*/

__u32 pixclock;
/*像素时钟(皮秒)*/

__u32 left_margin;
/*行切换，从同步到绘图之间的延迟*/

__u32 right_margin;
/*行切换，从绘图到同步之间的延迟*/

__u32 upper_margin;
/*帧切换，从同步到绘图之间的延迟*/

__u32 lower_margin;
/*帧切换，从绘图到同步之间的延迟*/

__u32 hsync_len;
/*水平同步的长度*/

__u32 vsync_len;
/*垂直同步的长度*/

__u32 sync;

__u32 vmode;

__u32 rotate;

__u32 reserved[5];
/*保留*/

};

而fb_fix_screeninfo结构体又主要记录用户不可以修改的控制器的参数，比如屏幕缓冲区的物理地址和长度等，该结构体的定义如下：

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struct fb_fix_screeninfo
{

char id[16];
/*字符串形式的标示符
*/

unsigned long smem_start;
/*fb缓存的开始位置
*/

__u32 smem_len;
/*fb缓存的长度 */

__u32 type;
/*看FB_TYPE_*
*/

__u32 type_aux;
/*分界*/

__u32 visual;
/*看FB_VISUAL_*
*/

__u16 xpanstep;
/*如果没有硬件panning就赋值为0
*/

__u16 ypanstep;
/*如果没有硬件panning就赋值为0
*/

__u16 ywrapstep;
/*如果没有硬件ywrap就赋值为0
*/

__u32 line_length;
/*一行的字节数 */

unsigned long mmio_start;
/*内存映射IO的开始位置*/

__u32 mmio_len;
/*内存映射IO的长度*/

__u32 accel;

__u16 reserved[3];
/*保留*/

};

fb_ops结构体是对底层硬件操作的函数指针，该结构体中定义了对硬件的操作有:(这里只列出了常用的操作)

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struct fb_ops {

struct module *owner;

//检查可变参数并进行设置

int (*fb_check_var)(struct fb_var_screeninfo
*var, struct fb_info
*info);

//根据设置的值进行更新，使之有效

int (*fb_set_par)(struct fb_info
*info);

//设置颜色寄存器

int (*fb_setcolreg)(unsigned regno, unsigned
red, unsigned green,

unsigned blue, unsigned transp, struct fb_info
*info);

//显示空白

int (*fb_blank)(int blank,
struct fb_info *info);

//矩形填充

void (*fb_fillrect)
(struct fb_info *info,
const struct fb_fillrect
*rect);

//复制数据

void (*fb_copyarea)
(struct fb_info *info,
const struct fb_copyarea
*region);

//图形填充

void (*fb_imageblit)
(struct fb_info *info,
const struct fb_image
*image);

};

LCD参数的配置

在S5PV210中，LCD控制器被集成在芯片的内部作为一个相对独立的单元，所以Linux把它看做是一个平台设备，故在内核代码/arch/arm/plat-s5p/devs.c中定义有LCD相关的平台设备及资源，代码如下：

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/* LCD Controller
*/

//LCD控制器的资源信息

static struct resource s3cfb_resource []
= {

[0]
= {

.start
= S5P_PA_LCD,
//控制器IO端口开始地址(0xf8000000)

.end
= S5P_PA_LCD + S5P_SZ_LCD
- 1,//控制器IO端口结束地址(1M)

.flags
= IORESOURCE_MEM,//标识为LCD控制器IO端口，在驱动中引用这个就表示引用IO端口

},

[1]
= {

.start
= IRQ_LCD1,//LCD中断

.end
= IRQ_LCD1,

.flags
= IORESOURCE_IRQ,//标识为LCD中断

}

};

static u64 fb_dma_mask = 0xffffffffUL;

struct platform_device s3c_device_fb =
{

.name =
"s3cfb",//作为平台设备的LCD设备名

.id =
-1,

.num_resources
= ARRAY_SIZE(s3cfb_resource),//资源数量

.resource
= s3cfb_resource,//引用上面定义的资源

.dev =
{

.dma_mask
= &fb_dma_mask,

.coherent_dma_mask
= 0xffffffffUL

}

};

EXPORT_SYMBOL(s3c_device_fb);//导出定义的LCD平台设备，好在mach-t34h.c的smdkv210_devices[]中添加到平台设备列表中

除此之外，Linux还在/arch/arm/plat-s5p/include/plat/fb.h中为LCD平台设备定义了一个s3c_platform_fb结构体，该结构体主要是记录LCD的硬件参数信息(比如该结构体的s3cfb_lcdy成员结构中就用于记录LCD的屏幕尺寸、屏幕信息、可变的屏幕参数、LCD配置寄存器等)，这样在写驱动的时候就直接使用这个结构体。下面，我们来看一下内核是如果使用这个结构体的。在/arch/arm/mach-s5pv210/mach-t34h.c中定义有：

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/* LCD driver info
*/

//LCD硬件的配置信息，这些参数要根据具体的LCD屏进行设置

static struct s3c_platform_fb lte480wv_fb_data __initdata
= {

.width = 1024,//屏幕宽度

.height = 600,//屏幕高度

//以下一些参数在上面的时序图分析中讲到过,各参数的值请跟据具体的LCD屏数据手册结合上面时序分析来设定

. freq = 60,//像素时钟

.bpp = 24,//色位模式

. h_fp = 160,//行切换，从同步到绘图之间的延迟

. h_bp = 160,//行切换，从绘图到同步之间的延迟

. h_sw = 2,//水平同步的长度

. v_fp = 12,//帧切换，从同步到绘图之间的延迟

. v_bp= 23,//帧切换，从绘图到同步之间的延迟

. v_sw = 2,//垂直同步的长度

};

static struct s3c_platform_fb lte480wv_fb_data __initdata
= {

.hw_ver = 0x62,

.nr_wins = 5,

.default_win
= CONFIG_FB_S3C_DEFAULT_WINDOW,

.swap = FB_SWAP_WORD
| FB_SWAP_HWORD,

.lcd =
<e480wv,

.cfg_gpio = s3cfb_cfg_gpio,

.backlight_on = s3cfb_backlight_on,

.backlight_off
= s3cfb_backlight_off,

.lcd_on = s3cfb_lcd_on,

.lcd_off = s3cfb_lcd_off,

};