原子学习笔记7——FrameBuffer 应用编程

Frame 是帧的意思，buffer 是缓冲的意思，所以 Framebuffer 就是帧缓冲，这意味着 Framebuffer 就是一块内存，里面保存着一帧图像。
应用程序通过对 LCD 设备节点/dev/fb0（假设 LCD 对应的设备节点是/dev/fb0）进行 I/O 操作即可实现对 LCD 的显示控制。
在应用程序中，操作/dev/fbX 的一般步骤如下：
①、首先打开/dev/fbX 设备文件。
②、使用 ioctl()函数获取到当前显示设备的参数信息，譬如屏幕的分辨率大小、像素格式，根据屏幕参数计算显示缓冲区的大小。
③、通过存储映射 I/O 方式将屏幕的显示缓冲区映射到用户空间（mmap）。
④、映射成功后就可以直接读写屏幕的显示缓冲区，进行绘图或图片显示等操作了。
⑤、完成显示后，调用 munmap()取消映射、并调用 close()关闭设备文件。

1、获取 LCD 屏幕的参数信息

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <linux/fb.h>
int main(int argc, char *argv[])
{struct fb_fix_screeninfo fb_fix;struct fb_var_screeninfo fb_var;int fd;// /* 打开 framebuffer 设备 if (0 > (fd = open("/dev/fb0", O_WRONLY))) {perror("open error");exit(-1);}// /* 获取参数信息 ioctl(fd, FBIOGET_VSCREENINFO, &fb_var);ioctl(fd, FBIOGET_FSCREENINFO, &fb_fix);printf("分辨率: %d*%d\n""像素深度 bpp: %d\n""一行的字节数: %d\n""像素格式: R<%d %d> G<%d %d> B<%d %d>\n",fb_var.xres, fb_var.yres, fb_var.bits_per_pixel,fb_fix.line_length,fb_var.red.offset, fb_var.red.length,fb_var.green.offset, fb_var.green.length,fb_var.blue.offset, fb_var.blue.length);// /* 关闭设备文件退出程序 close(fd);exit(0);
}

可以看出fb_fix_screeninfo、fb_var_screeninfo结构体与FBIOGET_VSCREENINFO、FBIOGET_FSCREENINFO通过ioctl()函数显示出设备参数信息。
开发板上使用的是7 寸 1024*600的显示屏
在这里插入图片描述

2、LCD 基本操作

编写应用程序，在 LCD 上实现画点（俗称打点）、画线、画矩形等基本 LCD 操作。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <sys/mman.h>
#include <linux/fb.h>
#define argb8888_to_rgb565(color) ({ \unsigned int temp = (color); \((temp & 0xF80000UL) >> 8) | \((temp & 0xFC00UL) >> 5) | \((temp & 0xF8UL) >> 3); \})
static int width; //LCD X 分辨率
static int height; //LCD Y 分辨率
static unsigned short *screen_base = NULL; //映射后的显存基地址
/********************************************************************
* 函数名称： lcd_draw_point
* 功能描述： 打点
* 输入参数： x, y, color
* 返 回 值： 无
********************************************************************/
static void lcd_draw_point(unsigned int x, unsigned int y, unsigned int color)
{unsigned short rgb565_color = argb8888_to_rgb565(color);//得到 RGB565 颜色值/* 对传入参数的校验 */if (x >= width)x = width - 1;if (y >= height)y = height - 1;/* 填充颜色 */screen_base[y * width + x] = rgb565_color;
}
/********************************************************************
* 函数名称： lcd_draw_line
* 功能描述： 画线（水平或垂直线）
* 输入参数： x, y, dir, length, color
* 返 回 值： 无
********************************************************************/
static void lcd_draw_line(unsigned int x, unsigned int y, int dir,unsigned int length, unsigned int color)
{unsigned short rgb565_color = argb8888_to_rgb565(color);//得到 RGB565 颜色值unsigned int end;unsigned long temp;/* 对传入参数的校验 */if (x >= width)x = width - 1;if (y >= height)y = height - 1;/* 填充颜色 */temp = y * width + x;//定位到起点if (dir) { //水平线end = x + length - 1;if (end >= width)end = width - 1;for ( ; x <= end; x++, temp++)screen_base[temp] = rgb565_color;}else { //垂直线end = y + length - 1;if (end >= height)end = height - 1;for ( ; y <= end; y++, temp += width)screen_base[temp] = rgb565_color;}
}
/********************************************************************
* 函数名称： lcd_draw_rectangle
* 功能描述： 画矩形
* 输入参数： start_x, end_x, start_y, end_y, color
* 返 回 值： 无
********************************************************************/
static void lcd_draw_rectangle(unsigned int start_x, unsigned int end_x,unsigned int start_y, unsigned int end_y,unsigned int color)
{int x_len = end_x - start_x + 1;int y_len = end_y - start_y - 1;lcd_draw_line(start_x, start_y, 1, x_len, color);//上边lcd_draw_line(start_x, end_y, 1, x_len, color); //下边lcd_draw_line(start_x, start_y + 1, 0, y_len, color);//左边lcd_draw_line(end_x, start_y + 1, 0, y_len, color);//右边
}
/********************************************************************
* 函数名称： lcd_fill
* 功能描述： 将一个矩形区域填充为参数 color 所指定的颜色
* 输入参数： start_x, end_x, start_y, end_y, color
* 返 回 值： 无
********************************************************************/
static void lcd_fill(unsigned int start_x, unsigned int end_x,unsigned int start_y, unsigned int end_y,unsigned int color)
{unsigned short rgb565_color = argb8888_to_rgb565(color);//得到 RGB565 颜色值unsigned long temp;unsigned int x;/* 对传入参数的校验 */if (end_x >= width)end_x = width - 1;if (end_y >= height)end_y = height - 1;/* 填充颜色 */temp = start_y * width; //定位到起点行首for ( ; start_y <= end_y; start_y++, temp+=width) {for (x = start_x; x <= end_x; x++)screen_base[temp + x] = rgb565_color;}
}
int main(int argc, char *argv[])
{struct fb_fix_screeninfo fb_fix;struct fb_var_screeninfo fb_var;unsigned int screen_size;int fd;/* 打开 framebuffer 设备 */if (0 > (fd = open("/dev/fb0", O_RDWR))) {perror("open error");exit(EXIT_FAILURE);}/* 获取参数信息 */ioctl(fd, FBIOGET_VSCREENINFO, &fb_var);ioctl(fd, FBIOGET_FSCREENINFO, &fb_fix);screen_size = fb_fix.line_length * fb_var.yres;//一帧数据的数据量大小width = fb_var.xres;height = fb_var.yres;/* 将显示缓冲区映射到进程地址空间 */screen_base = mmap(NULL, screen_size, PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);if (MAP_FAILED == (void *)screen_base) {perror("mmap error");close(fd);exit(EXIT_FAILURE);}/* 画正方形方块 */int w = height * 0.25;//方块的宽度为 1/4 屏幕高度lcd_fill(0, width-1, 0, height-1, 0x0); //清屏（屏幕显示黑色）lcd_fill(0, w, 0, w, 0xFF0000); //红色方块lcd_fill(width-w, width-1, 0, w, 0xFF00); //绿色方块lcd_fill(0, w, height-w, height-1, 0xFF); //蓝色方块lcd_fill(width-w, width-1, height-w, height-1, 0xFFFF00);//黄色方块/* 画线: 十字交叉线 */lcd_draw_line(0, height * 0.5, 1, width, 0xFFFFFF);//白色线lcd_draw_line(width * 0.5, 0, 0, height, 0xFFFFFF);//白色线/* 画矩形 */unsigned int s_x, s_y, e_x, e_y;s_x = 0.25 * width;s_y = w;e_x = width - s_x;e_y = height - s_y;for ( ; (s_x <= e_x) && (s_y <= e_y);s_x+=5, s_y+=5, e_x-=5, e_y-=5)lcd_draw_rectangle(s_x, e_x, s_y, e_y, 0xFFFFFF);/* 退出 */munmap(screen_base, screen_size); //取消映射close(fd); //关闭文件exit(EXIT_SUCCESS); //退出进程
}

首先调用 open()打开 LCD 设备文件得到文件描述符 fd；
接着使用 ioctl 函数获取 LCD 的可变参数信息和固定参数信息，通过得到的信息计算 LCD 显存大小、得到 LCD 屏幕的分辨率，ALPHA I.MX6U 开发板出厂系统将 LCD 实现为一个 RGB565 显示设备，所以程序中自定义的 4 个函数在操作 LCD 像素点时、都是以 RGB565的格式写入颜色值。
接着使用 mmap 建立映射；
映射成功之后就可以在应用层直接操作 LCD 显存了，调用自定义的函数在 LCD 上画线、画矩形、画方块；
操作完成之后，调用 munmap 取消映射，调用 close 关闭 LCD 设备文件，退出程序。

3、显示 BMP 图片

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <string.h>
#include <linux/fb.h>
#include <sys/mman.h>
/**** BMP 文件头数据结构 ****/
typedef struct {unsigned char type[2]; //文件类型unsigned int size; //文件大小unsigned short reserved1; //保留字段 1unsigned short reserved2; //保留字段 2unsigned int offset; //到位图数据的偏移量
} __attribute__ ((packed)) bmp_file_header;
/**** 位图信息头数据结构 ****/
typedef struct {unsigned int size; //位图信息头大小int width; //图像宽度int height; //图像高度unsigned short planes; //位面数unsigned short bpp; //像素深度unsigned int compression; //压缩方式unsigned int image_size; //图像大小int x_pels_per_meter; //像素/米int y_pels_per_meter; //像素/米unsigned int clr_used;unsigned int clr_omportant;
} __attribute__ ((packed)) bmp_info_header;
/**** 静态全局变量 ****/
static int width; //LCD X 分辨率
static int height; //LCD Y 分辨率
static unsigned short *screen_base = NULL; //映射后的显存基地址
static unsigned long line_length; //LCD 一行的长度（字节为单位）
/********************************************************************
* 函数名称： show_bmp_image
* 功能描述： 在 LCD 上显示指定的 BMP 图片
* 输入参数： 文件路径
* 返 回 值： 成功返回 0, 失败返回-1
********************************************************************/
static int show_bmp_image(const char *path)
{bmp_file_header file_h;bmp_info_header info_h;unsigned short *line_buf = NULL; //行缓冲区unsigned long line_bytes; //BMP 图像一行的字节的大小unsigned int min_h, min_bytes;int fd = -1;int j;/* 打开文件 */if (0 > (fd = open(path, O_RDONLY))) {perror("open error");return -1;}/* 读取 BMP 文件头 */if (sizeof(bmp_file_header) != read(fd, &file_h, sizeof(bmp_file_header))) {perror("read error");close(fd);return -1;}if (0 != memcmp(file_h.type, "BM", 2)) {fprintf(stderr, "it's not a BMP file\n");close(fd);return -1;}/* 读取位图信息头 */if (sizeof(bmp_info_header) != read(fd, &info_h, sizeof(bmp_info_header))) {perror("read error");close(fd);return -1;}/* 打印信息 */printf("文件大小: %d\n""位图数据的偏移量: %d\n""位图信息头大小: %d\n""图像分辨率: %d*%d\n""像素深度: %d\n", file_h.size, file_h.offset,info_h.size, info_h.width, info_h.height,info_h.bpp);/* 将文件读写位置移动到图像数据开始处 */if (-1 == lseek(fd, file_h.offset, SEEK_SET)) {perror("lseek error");close(fd);return -1;}/* 申请一个 buf、暂存 bmp 图像的一行数据 */line_bytes = info_h.width * info_h.bpp / 8;line_buf = malloc(line_bytes);if (NULL == line_buf) {fprintf(stderr, "malloc error\n");close(fd);return -1;}if (line_length > line_bytes)min_bytes = line_bytes;elsemin_bytes = line_length;/**** 读取图像数据显示到 LCD ****//******************************************** 为了软件处理上方便，这个示例代码便不去做兼容性设计了* 如果你想做兼容, 可能需要判断传入的 BMP 图像是 565 还是 888* 如何判断呢？文档里边说的很清楚了* 我们默认传入的 bmp 图像是 RGB565 格式*******************************************/if (0 < info_h.height) {//倒向位图if (info_h.height > height) {min_h = height;lseek(fd, (info_h.height - height) * line_bytes, SEEK_CUR);screen_base += width * (height - 1); //定位到屏幕左下角位置}else {min_h = info_h.height;screen_base += width * (info_h.height - 1); //定位到....不知怎么描述 懂的人自然懂!}for (j = min_h; j > 0; screen_base -= width, j--) {read(fd, line_buf, line_bytes); //读取出图像数据memcpy(screen_base, line_buf, min_bytes);//刷入 LCD 显存}}else { //正向位图int temp = 0 - info_h.height; //负数转成正数if (temp > height)min_h = height;elsemin_h = temp;for (j = 0; j < min_h; j++, screen_base += width) {read(fd, line_buf, line_bytes);memcpy(screen_base, line_buf, min_bytes);}}/* 关闭文件、函数返回 */close(fd);free(line_buf);return 0;
}
int main(int argc, char *argv[])
{struct fb_fix_screeninfo fb_fix;struct fb_var_screeninfo fb_var;unsigned int screen_size;int fd;/* 传参校验 */if (2 != argc) {fprintf(stderr, "usage: %s <bmp_file>\n", argv[0]);exit(-1);}/* 打开 framebuffer 设备 */if (0 > (fd = open("/dev/fb0", O_RDWR))) {perror("open error");exit(EXIT_FAILURE);}/* 获取参数信息 */ioctl(fd, FBIOGET_VSCREENINFO, &fb_var);ioctl(fd, FBIOGET_FSCREENINFO, &fb_fix);screen_size = fb_fix.line_length * fb_var.yres;line_length = fb_fix.line_length;width = fb_var.xres;height = fb_var.yres;/* 将显示缓冲区映射到进程地址空间 */screen_base = mmap(NULL, screen_size, PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);if (MAP_FAILED == (void *)screen_base) {perror("mmap error");close(fd);exit(EXIT_FAILURE);}/* 显示 BMP 图片 */memset(screen_base, 0xFF, screen_size);show_bmp_image(argv[1]);/* 退出 */munmap(screen_base, screen_size); //取消映射close(fd); //关闭文件exit(EXIT_SUCCESS); //退出进程
}