framebuffer

1.framebuffer的理解

概念：FrameBuffer，可以译作"帧缓冲"，有时简称为 fbdrv，这是一种独立于硬件的抽象图形设备，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，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。面向文件描述符。

1.分辨率：横向的像素点和纵向的像素点构成的，像素点越多图片越高清
2.显存（不允许用户操作）：用来存储显示屏刷新出来的数据，数模转换到显示屏（显卡的控制电路完成）
3.用户空间：将显存中一段没有用到的空间经过内存映射到用户的空间，此时在用户空间写入东西就可以映射到显存中（MMU）
4.RGB：颜色值，红绿蓝三原色，可以调节颜色比例获得需要的颜色
RGB888：占4字节 （0x00 FF 00 00  32bit 红色）   
RGB565：占2字节     
RGB555:不常见
显示屏：像素点先由左至右，再由上至下排列

核心思路：通过在用户空间写入东西（RGB颜色值）映射在显存中，显卡再将显存的内容转换到显示屏上，完成像素点的绘制。

过程：想在在显示屏上的（x，y）点写入红色的颜色值。通过用户空间首地址pmem偏移，偏移的字节数由数据类型来定（pmem+y*800+x）。将红色的RGB值写入偏移完后的位置，通过内存映射到显存中，写入的位置为（y*800+x   先从左到右，再从上到下）

2.代码实现：

打开显示设备（/dev/fb0）-> 获取显示设备相关参数（ioctl），如分辨率，像素深度 -> 建立内存映射mmap，获得用户空间的首地址 -> 直接写入颜色值 -> 清屏操作，解除内存映射 -> 关闭显示设备

需要用到的函数：

1.#include <sys/ioctl.h>
   int ioctl(int fd, int request, ...);    
   ioctl(fd, FBIOGET_VSCREENINFO, &vinfo);    //获取屏幕信息(可变)

<linux/fb.h>中还提供了专门的结构体类型，用来存放参数，如下就是存放可变参数的结构体类型
struct fb_var_screeninfo {
    __u32 xres;         /* visible resolution 可视画面的x、y轴分辨率      */ 
    __u32 yres;
    __u32 xres_virtual;     /* virtual resolution       */
    __u32 yres_virtual;
    __u32 xoffset;          /* offset from virtual to visible 可视画面相对于虚拟画面的x、y轴偏移量*/
    __u32 yoffset;          /* resolution           */

    __u32 bits_per_pixel;       /* guess what   像素深度        */
    __u32 grayscale;        /* != 0 Graylevels instead of colors */

    struct fb_bitfield red;     /* bitfield in fb mem if true color, */
    struct fb_bitfield green;   /* else only length is significant */
    struct fb_bitfield blue;
    struct fb_bitfield transp;  /* transparency         */  

    __u32 nonstd;           /* != 0 Non standard pixel format */

    __u32 activate;         /* see FB_ACTIVATE_*        */

    __u32 height;           /* height of picture in mm    */
    __u32 width;            /* width of picture in mm     */

    __u32 accel_flags;      /* (OBSOLETE) see fb_info.flags */

#include <sys/mman.h>
2.void *mmap(void *addr, size_t length, int prot, int flags,int fd, off_t offset);
功能：内存映射
参数：
    addr：欲映射内存的起始地址，NULL表示系统自动选定，映射
          成功后返回该地址
    length：映射内存大小
    prot：映射区域的保护方式（读/写/执行/不能存取）
    flags：影响区域映射的各种特性
            MAP_SHARED:对映射区域写入的数据会复制回源文件内，
                        而且允许其他映射该文件的进程共享
            MAP_PRIVATE:对映射区域的写入操作会产生一个映射文件的复制，
                        即对此区域的任何修改都不会写回原来的文件内
    fd：要映射的目标文件
    offset：文件映射的偏移量（0代表从开头开始）
返回值：
    void * ：返回映射欲映射内存的首地址
    eg：
    unsigned int* addr = mmap(NULL, 800*480*4, PROT_READ|PROT_WRITE,
            MAP_SHARED, fd, 0);
3.int munmap(void *addr, size_t length);
功能：解除内存映射
参数：
    addr：映射内存的地址
    length：映射内存大小

代码：

/*初始化显示设备*/
int init_fb(const char *fbname)
{//1.打开显示设备int fd = open(fbname, O_RDWR);	if (-1 == fd){perror("fail open fb");return -1;}struct fb_var_screeninfo vinf;   //虚拟屏幕的信息//2.获取显示设备(虚拟屏幕)的相关参数：分辨率和像素深度int ret = ioctl(fd, FBIOGET_VSCREENINFO, &vinf); //获取信息if (ret < 0){perror("fail ioctl");return -1;}printf("xres = %d, yres = %d\n", vinf.xres, vinf.yres);   printf("xres_virtual = %d, yres_virtual = %d\n", vinf.xres_virtual, vinf.yres_virtual);printf("bits_per_pixel = %d\n", vinf.bits_per_pixel);//将获取到的信息放进定义的结构体变量中fbinf_g.bits = vinf.bits_per_pixel;fbinf_g.x_virtual = vinf.xres_virtual;fbinf_g.y_virtual = vinf.yres_virtual;fbinf_g.fd = fd;//3.建立内存映射关系：将显存空间映射到用户空间size_t size = vinf.xres_virtual*vinf.yres_virtual*vinf.bits_per_pixel/8;fbinf_g.pmem = mmap(NULL, size, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);if ((void *)-1 == fbinf_g.pmem){perror("fail mmap");return -1;}return 0;
}/*绘制一个像素点*/
void draw_point(int x, int y, unsigned int col)  //传参：坐标ｘ，ｙ和颜色
{if (x >= fbinf_g.x_virtual || y >= fbinf_g.y_virtual){return ;         //超过显示屏范围跳出}if (fbinf_g.bits == RGB888_FMT){unsigned int *p = fbinf_g.pmem;   //RGB888*(p+y*fbinf_g.x_virtual + x) = col;   //将这个点赋值颜色  点为：p+y*宽+x}else if (fbinf_g.bits == RGB565_FMT){unsigned short *p = fbinf_g.pmem;  //RGB565*(p+y*fbinf_g.x_virtual + x) = col;}
}/*解除映射*/
void uninit_fb()
{munmap(fbinf_g.pmem ,  fbinf_g.x_virtual*fbinf_g.y_virtual*fbinf_g.bits/8);//     映射地址     　映射内存的大小，显示屏的ｘ*ｙ*深度/8(字节)close(fbinf_g.fd);
}/*画横直线*/
void draw_x_line(int x, int y, int len, unsigned int col)
{for (int i = x; i < x+len; i++){draw_point(i, y, col);    //y不变，x递增}
}/*画竖直线*/
void draw_y_line(int x, int y, int len, unsigned int col)
{for (int i = y; i < y+len; i++){draw_point(x, i, col);   //x不变，y递增}
}/*画矩形*/
void draw_rectangle(int x, int y, int w, int h, unsigned int col)
{draw_x_line(x, y, w, col);draw_y_line(x, y, h, col);draw_x_line(x, y+h, w, col);draw_y_line(x+w, y, h, col);
}/*画圆*/
void draw_circle(int x, int y, int r, unsigned int col)
{int x0, y0;for (float si = 0; si <= 360; si += 0.1){x0 = r * cos(2 * 3.1415/360 * si) + x;y0 = r * sin(2 * 3.1415/360 * si) + y;draw_point(x0, y0, col);draw_point(x0+1, y0, col);draw_point(x0, y0+1, col);draw_point(x0-1, y0, col);draw_point(x0, y0-1, col);}
}