frame buffer显卡驱动入门.doc

framebuffer驱动全篇在后续的几篇里面会详细介绍如何编写一个显卡的驱动程序。framebuffer device在内核里面作为显卡驱动模型，许多函数和数据结构都是特定，正是这些特定的东西为我们的编程提供了方便。要开发frame buffer device驱动，你应该阅读SourceSourceDocumentationfb下面的说明文件，三个重要文件00-INDEX，framebuffer.txt，internals.txt，其他文件都是针对具体显卡芯片的说明了。文件00-INDEX译文文档/documentation/fb的索引文件。如果你对frame buffer设备有什么想法，mail：Geert Uytterhoeven 00-index这个文件framebuffer.txt- frame buffer 设备介绍internals.txt-frame buffer设备内部快速浏览modedb.txt-关于视频模式的资料aty128fb.txt-关于ATI Rage128显卡的frame buffer设备clgenfb.txt-关于Cirrus Logic的显卡matroxfb.txt-关于Matrox的显卡pvr2fb.txt-关于PowerVR 2的显卡tgafb.txt-关于TGA（DECChip 21030）显卡vesafb.txt-关于VESA显卡0.介绍帧缓冲设备提供了显卡的抽象描述。他同时代表了显卡上的显存，应用程序通过定义好的接口可以访问显卡，而不需要知道底层的任何操作。 该设备使用特殊的设备节点，通常位于/dev目录，如/dev/fb*. 1.用户角度的/dev/fb*从用户的角度看，帧缓冲设备和其他位于/dev下面的设备类似。他是一个字符设备，通常主设备号是29，次设备号定义帧缓冲的个数。 通常，使用如下方式（前面的数字代码次设备号） 0 = /dev/fb0 Firstframe buffer 1 = /dev/fb1 Second frame buffer . 31 = /dev/fb31 32nd frame buffer 考虑到向下兼容，你可以创建符号链接： /dev/fb0current - fb0 /dev/fb1current - fb1and so on. 帧缓冲设备也是一种普通的内存设备，你可以读写其内容。例如，对屏幕抓屏： cp /dev/fb0 myfile你也可以同时有多个显示设备，例如你的主板上出了内置的显卡还有另一独立的显卡。对应的帧缓冲设备(/dev/fb0 and /dev/fb1etc.)可以独立工作。 应用程序如 X server一般使用/dev/fb0作为默认的显示帧缓冲区。你可以自定把某个设备作为默认的帧缓冲设备，设置$FRAMEBUFFER环境变量即可。在sh/bash： export FRAMEBUFFER=/dev/fb1在csh中： setenv FRAMEBUFFER /dev/fb1 设定后，X server将使用第二个帧缓冲区设备。 2.程序员角度看/dev/fb*正如你所知，一个帧缓冲设备和内存设备类似/dev/mem，并且有许多共性。你可以read,write,seek以及mmap()。不同仅仅是帧缓冲的内存不是所有的内存区，而是显卡专用的那部分内存。 /dev/fb*也允许尽心ioctl操作，通过ioctl可以读取或设定设备参数。颜色映射表也是通过Ioctl设定。查看 就知道有多少ioctl应用以及相关数据结构。这里给出摘要： - 你可以获取设备一些不变的信息，如设备名，屏幕的组织（平面，象素,.)对应内存区 的长度和起始地址。 - 也可以获取能够发生变化的信息，例如位深，颜色格式，时序等。如果你改变这些值， 驱动程序将对值进行优化，以满足设备特性（返回EINVAL，如果你的设定，设备不支持） - 你也可以获取或设定部分颜色表。 所有这些特性让应用程序十分容易的使用设备。X server可以使用/dev/fb*而不需知道硬件 的寄存器是如何组织的。 XF68_FBDev是一个用于位映射（单色）X server，唯一要做的就是 在应用程序在相应的位置设定是否显示。 在新内核中，帧缓冲设备可以工作于模块中，允许动态加载。这类驱动必须调用 register_framebuffer()在系统中注册。使用模块更方便！ 3.帧缓冲分辨率设定 帧缓冲的分辨率可以用工具fbset设定。他可以改变视频设备的显示模式。主要就是改变当前视频模式，如在启动过程中，在/etc/rc.* 或 /etc/init.d/* 文件中调用，可以把视频模式从单色显示变成真彩. fbset使用存储在配置文件中的视频模式数据表，你可以在文件中增加自己需要的显示模式。 4.X Server Xserver (XF68_FBDev)是对帧缓冲设备的最主要应用。从XFree86 3.2后，X server就是XFree86的一部分了，有2个工作模式: - 在/etc/XF86Config文件中，如果Display段关于 fbdev的配置： Modes default X server 将使用前面讨论的，从环境变量$FRAMEBUFFER获取当前帧缓冲设备. 你也可以设定颜色位深，使用Depth关键字，使用Virtual设定虚拟分辨率。这也是 默认设置。 - 然而你也可以通过设定/etc/XF86Config,改变分辨率。这样有很多灵活性，唯一的 不足就是你必须设定刷新频率。可以用fbset -x通过fbset或xvidtune切换显示模式。 5.视频模式频率 CRT显示器是用3个电子枪轰击磷粉完成颜色的显示的。电子枪从左到右的水平扫描，并从上至下的垂直扫描。通过改变枪的电压，所显示的颜色可以不同。当电子枪完成一行扫描重新回到下一行的开始，被称作“水平折回”。当一屏幕全部扫描完毕，电子枪将回到最左上脚，被成为“垂直折回”。在折回的途中电子枪是关闭的。 电子枪打点的移动速度取决于点时钟。如果点时钟是28.37516 MHz，打一个点需要35242ps。 1/(28.37516E6 Hz) = 35.242E-9 s 如果屏幕分辨率是640x480，那么一行的时间是： 640*35.242E-9 s = 22.555E-6 s然而水平折回也是需要时间的，通常272个打点时间，因此一行总共需要： (640+272)*35.242E-9 s = 32.141E-6 s我们就认为水平扫描的频率是31KHz： 1/(32.141E-6 s) = 31.113E3 Hz 一屏幕含有480行，加上垂直折回时间49，一屏所需的时间： (480+49)*32.141E-6 s = 17.002E-3 s我们就认为垂直扫描的频率是59Hz： 1/(17.002E-3 s) = 58.815 Hz这也意味着屏幕数据每秒钟刷新59次。为了得到稳定的图像显示效果，VESA垂直扫描频率不低于72Hz。但是也因人而异，有些人50Hz感觉不到任何问题，有些至少在80Hz以上才可以。 由于显示器不知道什么时候新行开始扫描，显卡为每一行扫描提供水平同步信号。类似的，他也为每一帧显示提供垂直同步信号。图像在屏幕上点的位置取决于这些同步信号的发生时刻。 下图给出了所有时序的概要。水平折回的时间就是左边空白右边空白水平同步长度。垂直折回的时间就是上空白下空白垂直同步长。 +-+-+-+-+ | | | | | | | |upper_margin | | | | | ? | | | +-#-+-+ | # # | | | # | # | | | # | # | | | # | # | | | left # | # right | hsync | | margin # | xres # margin | len | |#| | # | # | | | # | # | | | # | # | | | # |yres # | | | # | # | | | # | # | | | # | # | | | # | # | | | # | # | | | # | # | | | # | # | | | # | # | | | # ? # | | +-#-+-+ | | | | | | | |lower_margin | | | | | ? | | | +-+-+-+-+ | | | | | | | |vsync_len | | | | | ? | | | +-+-+-+-+6.把XFree86时序变成frame buffer device时序典型的显示模式： 800x600 50 800 856 976 1040 600 637 643 666 DCF HR SH1 SH2 HFL VR SV1 SV2 VFL 而帧缓冲设备使用下面的参数： -pixclock: 点时钟 in ps (pico seconds) - left_margin: time from sync topicture - right_margin: 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 = HFL - 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. 引用获取更多关于帧缓冲设备以及应用的参考，请访问： /或者查阅下面的文档： - Themanual pages for fbset: fbset(8), fb.modes(5) - The 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/ 帧缓冲设备的内部数据结构（internals.txt）Geert Uytterhoeven , 21 July 1998 帧缓冲设备中用到的结构体 以下数据结构在帧缓冲设备使用，定义 。 1. Outside the kernel (user space) - struct fb_fix_screeninfo 帧缓冲设备中设备无关的常值数据信息。可以通过Ioctl的FBIOGET_FSCREENINFO获取。 - struct fb_var_screeninfo 帧缓冲设备中设备无关的变量数据信息和特定的显示模式。可以通过iotcl的FBIOGET_VSCREENINFO 获取，并通过ioctl的FBIOPUT_VSCREENINFO设定。还有FBIOPAN_DISPLAY可以用。 - struct fb_cmap 设备无关的颜色表信息。你可以通过ioctl的FBIOGETCMAP 和 FBIOPUTCMAP读取或设定。 2. Inside the kernel - struct fb_info 常规信息，API以及帧缓冲设备的底层信息（主板地址.). - struct par 唯一指定该设备的显示模式的设备相关信息。 -struct display 帧缓冲设备和控制台驱动之间的接口。- * 常用的帧缓冲 API *Monochrome (FB_VISUAL_MONO01 and FB_VISUAL_MONO10)-每个象素是黑或白。 Pseudo color (FB_VISUAL_PSEUDOCOLOR andFB_VISUAL_STATIC_PSEUDOCOLOR)-索引颜色显示 True color (FB_VISUAL_TRUECOLOR)-真彩显示，分成红绿兰三基色 Direct color (FB_VISUAL_DIRECTCOLOR)-每个象素颜色也是有红绿蓝组成，不过每个颜色值是个索引，需要查表。 Grayscale displays-灰度显示，红绿蓝的值都一样 准备开始写我们自己的驱动之前，请详细阅读如下文件：Documentationfb目录 vesafb.txt，matroxfb.txt，sa1100fb.txtdriversvideo目录 fbmem.c，fbgen.c，fbmon.c，fbcmap.c skeletonfb.c vesafb.c，sa1100fb.c，sa1100fb.hincludelinux目录 fb.h最值得关注的是skeletonfb.c，该文件给出了一个fb device 驱动的框架准备好了，就开始写自己的fram buffer devicedriver。framebuffer驱动全篇（二）还是要补充点，下面是/linux/fb.h的部分注释，加粗的是常用的，红色是关键的，一般不可少。旁边没有汉字，要么很简单没必要加注，要么就用不到！注释： #ifndef _LINUX_FB_H#define _LINUX_FB_H #include #include /* Definitions of frame buffers */ #define FB_MAJOR 29 /*主设备号*/#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 0x4606/* 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 _IOR(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 interleaved 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 MMIO 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) */#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_DIRECTCOLOR 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) */#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_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 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_MATROX_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_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 */#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 /*SiS 300/630/540 */#define FB_ACCEL_3DLABS_PERMEDIA3 37 /* 3Dlabs Permedia 3 */*上面的宏定义不用关心*/ /*不可修改的屏幕信息，用户空间可见*/struct fb_fix_screeninfo charid16; /*identification string eg TT Builtin */ unsignedlong smem_start; /* Start of framebuffer mem 显存的起始地址*/ /*(physical address) */ _u32smem_len; /*Length of frame buffer mem 显存的大小 */ _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_length; /* length of aline in bytes 每行的字节数 */ 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 offset 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 *big-endian byte order if bits_per_pixel is greater than 8. */ /*像素所占字节内，各个颜色的位分配比如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 /*activa