一、LCD 设备驱动框架分析

核心层是通用的，不需要做任何修改「这和其他很多驱动框架类似，比如input子系统的核心层也是不需要修改，但是要懂如何调用」。

驱动开发者只需要实现硬件驱动层。

• 帧缓冲设备可以是一个完整的子系统，主要由核心层的 fbmem.c和硬件设备驱动层构成。

• 核心层代码 fbmem.c 向上提供了完整的字符设备操作接口，也就是实现注册字符设备，提供通用的open,read,write,ioctl,mmap 等接口；

  向下给硬件设备驱动层提供标准的驱动编程接口；

• 在 Linux 系统中，一个硬件 LCD 控制器（显卡）抽象为一个 fb_info 结构，要实现一个 LCD 驱动就是要实现这个结构，并且使用核心层提供的注册函数注册。

• fb_info 中通过其中的 fb_ops 结构指针提供了实际硬件操作方法。

• fb_info 中通过其中的 fb_var_screeninfo 结构和 fb_fix_screeninfo 结构提供了具体 lcd 屏基本信息。
• 注册：register_framebuffer

• 注销：

  unregister_framebuffer

二、LCD 设备驱动核心结构 struct fb_info

该结构体记录了帧缓冲设备的全部信息，包括有：

1、 设备的设置参数

2、 状态

3、 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：

struct fb_info {
     	atomic_t count;/* 原子变量 */ 	int node;/*存放屏的序号， 也可以说是次设备号*/ 	int flags; 	struct mutex lock;		/* Lock for open/release/ioctl funcs */ 	struct mutex mm_lock;		/* Lock for fb_mmap and smem_* fields */ 	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 list_head modelist;      /* mode list */ 	struct fb_videomode *mode;	/* 当前的显示模式 */ #ifdef CONFIG_FB_BACKLIGHT 	/* assigned backlight device */ 	/* set before framebuffer registration, 	   remove after unregister */ 	struct backlight_device *bl_dev;/* 对应的背光设备 */ 	/* Backlight level curve */ 	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;/*延时工作队列*/ 	struct fb_deferred_io *fbdefio; #endif 	struct fb_ops *fbops;/* 真正操作 LCD 硬件寄存器的方法集合*/ 	struct device *device;		/*  内嵌的设备模型 */ 	struct device *dev;		/*  fb 设备 */ 	int class_flag;                    /* private sysfs flags */ #ifdef CONFIG_FB_TILEBLITTING 	struct fb_tile_ops *tileops;    /* 图块 Blitting */ #endif 	char __iomem *screen_base;	/* LCD显存虚拟基地址 */ 	unsigned long screen_size;	/* LCD IO 映射的虚拟内存大小 */ 	void *pseudo_palette;		/* 指向 16 种颜色调试板，其实就是一块内存 */ #define FBINFO_STATE_RUNNING	0 #define FBINFO_STATE_SUSPENDED	1 	u32 state;			/* LCD 的挂起或恢复状态  */ 	void *fbcon_par;                /* fbcon use-only private area */ 	/* From here on everything is device dependent */ 	void *par;      /*私有数据，驱动编程者可以用来存放自己的数据结构地址*/ 	/* we need the PCI or similar aperture base/size not 	   smem_start/size as smem_start may just be an object 	   allocated inside the aperture so may not actually overlap */ 	struct apertures_struct {
     		unsigned int count; 		struct aperture {
     			resource_size_t base; 			resource_size_t size; 		} ranges[0]; 	} *apertures; };

重要成员：var， fix， fbops， screen_base ， 使用标准的 LCD 框架编写， 这 4 个成员是一定实现。

2.1、LCD 设备驱动可变参数结构 struct fb_var_screeninfo

struct fb_var_screeninfo 表示一个 LCD 控制器，主要记录用户可以修改的控制器的参数（指的是在程序运行过程中可修改的 LCD 参数） ， 比如屏幕的分辨率和每个像素的比特数等，这个结构的存放的参数大部分就是 LCD 屏的时序参数， 驱动程序者根据自己使用的LCD 屏的资料设置。该结构体定义如下：

struct fb_var_screeninfo {
     	__u32 xres;			        /* 可见屏幕一行有多少个像素点*/ 	__u32 yres;                 /* 可见屏幕一屏有多少行*/ 	__u32 xres_virtual;		    /* 虚拟屏幕一行有多少个像素点*/ 	__u32 yres_virtual;        /* 虚拟屏幕一屏有多少行*/ 	__u32 xoffset;			    /* 虚拟屏到实际屏的水平偏移量 */ 	__u32 yoffset;			    /*虚拟屏到实际屏的垂直偏移量*/ 	__u32 bits_per_pixel;		/* LCD 屏工作时 BPP*/ 	__u32 grayscale;		    /*0 = 彩屏, 1 = 灰度，非彩屏，一般不使用了	*/ 					 	struct fb_bitfield red;	/* 红色的长度和偏移信息 */ 	struct fb_bitfield green;	/* 绿色的长度和偏移信息 */ 	struct fb_bitfield blue; /* 蓝色的长度和偏移信息*/ 	struct fb_bitfield transp;	/* 透明度的长度和偏移信息*/	 	__u32 nonstd;			   /* 0 表示标准像素格式，基本都是标准 */ //修改可变参数生效时刻,一般是马上生效，对应值是 0，宏名是 FB_ACTIVATE_NOW 	__u32 activate;			/* see FB_ACTIVATE_*:		*/ //存放物理屏的物理尺寸，是外观尺寸，单位 mm ,可选的 	__u32 height;			/* height of picture in mm    */ 	__u32 width;			/* width of picture in mm     */ 	__u32 accel_flags;		/* (OBSOLETE) see fb_info.flags */ //以下是 LCD 屏的工作时序， //对应的前面移植 LCD 传递下来的 struct fb_videomode 结构 //除 pixclock 本身外， 其他都以像素时钟为单位 	/* Timing: All values in pixclocks, except pixclock (of course) */ 	__u32 pixclock;			/* 像素时钟(皮秒) */ 	__u32 left_margin;		/* 左边距， 对应 TFT 控制器时序的水平前沿信	*/ 	__u32 right_margin;		/* 右边距， 对应 TFT 控制器时序的水平后沿信	*/ 	__u32 upper_margin;		/* 上边距， 对应 TFT 控制器时序的垂直前沿信	*/ 	__u32 lower_margin;    /* 下边距， 对应 TFT 控制器时序的垂直后沿信 */ 	__u32 hsync_len;		/* 水平同步的长度	*/ 	__u32 vsync_len;		/* 垂直同步的长度*/ 	__u32 sync;			   /* see FB_SYNC_*		*/ 	__u32 vmode;			   /* see FB_VMODE_*		*/ 	__u32 rotate;			/* 顺时针旋转的角度 */ 	__u32 colorspace;		/* colorspace for FOURCC-based modes */ 	__u32 reserved[4];		/* Reserved for future compatibility */ }; struct fb_bitfield结构说明： struct fb_bitfield {
     	__u32 offset;			/* beginning of bitfield	*/ 	__u32 length;			/* length of bitfield		*/ 	__u32 msb_right;		/* != 0 : Most significant bit is */ 					/* right */ };

表示颜色的长度和偏移量，如RGB=888

struct fb_bitfield R: R.offset : 16 R.length : 8 struct fb_bitfield G: G.offset : 8 G.length : 8 struct fb_bitfield B: G.offset : 0 G.length : 8

2.2、LCD 设备驱动固定参数结构 struct fb_fix_screeninfo

该结构存放的是屏的一些固定不可修改的参数，在 LCD 正常使用运行期间是不能修改。所以这些值一般是在驱动程序的初始化阶段完成填充， 当 LCD工作起来后就不能再修改了。结构定义如下：

struct fb_fix_screeninfo {
     	char id[16];			/* 字符串形式的标识符， 实际上就是 lcd 设备的别名 */ 	unsigned long smem_start;	/*  fb 缓存的开始位置（物理地址） */ 					/* (physical address) */ 	__u32 smem_len;			/*  fb 缓存的长度  */    //表示像素类型，一般都标准像素格式    //FB_TYPE_PACKED_PIXELS 	__u32 type;			/* see FB_TYPE_*		*/ 	__u32 type_aux;			/* Interleave for interleaved Planes */ 	__u32 visual;			/*FB_VISUAL_TRUECOLOR,FB_VISUAL_PSEUDOCOLOR*/ 	__u16 xpanstep;			/* 如果没有硬件平移功能设置为 0  */ 	__u16 ypanstep;			/* 如果没有硬件平移功能设置为 0  */ 	__u16 ywrapstep;		/* zero if no hardware ywrap    */ 	__u32 line_length;		/* 一行占用的内存字节数    */ 	unsigned long mmio_start;	/* 内存映射 IO 的开始位置  */ 					/* (physical address) */ 	__u32 mmio_len;			/* Length of Memory Mapped I/O  */ 	__u32 accel;			/* Indicate to driver which	*/ 					/*  specific chip/card we have	*/ 	__u16 capabilities;		/* see FB_CAP_*			*/ 	__u16 reserved[2];		/* Reserved for future compatibility */ };

重要成员：id：lcd 设备的别名，即标识名，随便 smem_start：显存物理起始地址，注意，是物理地址，不是虚拟地址。驱动中定义的变量，普通动态分配内存的方法得到的都是虚拟址，要得到物理地址必须使用专用的 DMA 内存分配函数：

void *dma_alloc_writecombine(struct device *dev, size_t size, dma_addr_t *dma_handle, gfp_t flag)

功能：动态分配 DMA 内存，同时可以得到分配 的内存虚拟地址和物理地址 参数：dev 设备指针，如果没有 NULL, size：内存大小 dma_handle：做为输出参数使用， 存放分配到的内存对应的物理地址 flag：是内存分配方式 返回值：分配到的内存的首地址。DMA 缓冲区释放函数：

void dma_free_writecombine(struct device *dev, size_t size, void *cpu_addr, dma_addr_t dma_handle)

功能：释放由 dma_alloc_writecombine 分配的 dma 内存 参数：dev 设备指针，如果没有 NULL,

• size：内存大小
• cpu_addr：dma_alloc_writecombin 得到的虚拟地址首地址
• dma_handle：做为输出参数使用，存放分配到的内存对应的物理地址
• PS: 因为 LCD 是使用 DMA 模块来搬运数据的，而 DMA 模块只涉及物理地址，所以 LCD 驱动中需要记录物理地址。
• line_length：一行占用的内存字节数
• smem_len：显存长度

2.3、LCD 设备驱动硬件操作方法结构 struct fb_ops

fb_ops 结构体是对底层硬件操作的函数指针，是内核用来描述真正硬件操作方法的数据结构。该结构体中定义了对硬件的操作如下：

struct fb_ops {
     	/* open/release and usage marking */ 	struct module *owner; /* 1.打开 lcd ,一般不用实现， 如果实现也是写一些 lcd 初始化的代码*/ 	int (*fb_open)(struct fb_info *info, int user);    /* 2.关闭 lcd ,一般不用实现， 如果实现也是写一些 lcd 初始化的代码*/ 	int (*fb_release)(struct fb_info *info, int user); 	/* 3.读 lcd 缓冲区的数据到用户空间 */ 	ssize_t (*fb_read)(struct fb_info *info, char __user *buf, 			   size_t count, loff_t *ppos);    /* 4.把用户空间中传递下来的缓冲区的数据写入 lcd 的显示缓冲区*/ 	ssize_t (*fb_write)(struct fb_info *info, const char __user *buf, 			    size_t count, loff_t *ppos); 	/* 5.检查可变参数， 如果不支持则进行修正*/ 	int (*fb_check_var)(struct fb_var_screeninfo *var, struct fb_info *info); /*6.把设置的可变参数值更新到硬件寄存器中， 使之有效*/ 	int (*fb_set_par)(struct fb_info *info); 	/* 7.设置颜色寄存器*/ 	int (*fb_setcolreg)(unsigned regno, unsigned red, unsigned green, 			    unsigned blue, unsigned transp, struct fb_info *info); 	/* set color registers in batch */ 	int (*fb_setcmap)(struct fb_cmap *cmap, struct fb_info *info); 	/* 9.显示黑白模式， 一般要实现 */ 	int (*fb_blank)(int blank, struct fb_info *info); 	/* 10.pan display */ 	int (*fb_pan_display)(struct fb_var_screeninfo *var, struct fb_info *info); 	/* 11.矩形填充 */ 	void (*fb_fillrect) (struct fb_info *info, const struct fb_fillrect *rect); 	/* 12.把一个区域的内容复制到另一个区域 Rotates the display */ 	void (*fb_copyarea) (struct fb_info *info, const struct fb_copyarea *region); 	/*  13.绘制图像 */ 	void (*fb_imageblit) (struct fb_info *info, const struct fb_image *image); 	/* 14.绘制光标 Draws cursor  */ 	int (*fb_cursor) (struct fb_info *info, struct fb_cursor *cursor); 	/*  15.旋转 LCD 显示 */ 	void (*fb_rotate)(struct fb_info *info, int angle); 	/* 16.wait for blit idle, optional */ 	int (*fb_sync)(struct fb_info *info); 	/* 17.ioctl 控制命令 */ 	int (*fb_ioctl)(struct fb_info *info, unsigned int cmd, 			unsigned long arg); 	/* 18.Handle 32bit compat ioctl (optional) */ 	int (*fb_compat_ioctl)(struct fb_info *info, unsigned cmd, 			unsigned long arg); 	/* 19.mmap 内存映射函数 */ 	int (*fb_mmap)(struct fb_info *info, struct vm_area_struct *vma); 	/* 20.获取 lcd 可变参数 */ 	void (*fb_get_caps)(struct fb_info *info, struct fb_blit_caps *caps, 			    struct fb_var_screeninfo *var); 	/* teardown any resources to do with this framebuffer */ 	void (*fb_destroy)(struct fb_info *info); 	/* called at KDB enter and leave time to prepare the console */ 	int (*fb_debug_enter)(struct fb_info *info); 	int (*fb_debug_leave)(struct fb_info *info); };

常用重要成员：

• fb_open: 当你的 lcd 不需要做什么特殊初始操作，这个方法可以不实现，一般不实现；
• fb_release:当你的应用程序不使用 lcd 设备时候，需要做的事情就在这里实现，一般不实现；
• fb_read：当你 LCD 控制器使用的内存是独立显存时候才需要实现，直接使用核心层通用 read。
• fb_write：当你 LCD 控制器使用的内存是独立显存时候才需要实现，直接使用核心层通用 write。
• fb_check_var: 实现的功能检测应用程序传递下来的可变参数是否合法。当不提供给应用程序，通过 ioctl 命令动态修改 LCD 可变参数时候不需要实现。
• fb_set_par：实现的功能是把可变参数设置到硬件寄存器中去。当不提供给应用程序，通过 ioctl 命令动态修改 LCD 可变参数时候不需要实现。
• fb_blank：实现的功能是黑屏白屏模式（开屏，关屏）。
• fb_fillrect：实现的功能是填充矩形，如果是非独立显卡直接使用内核自带的函数 cfb_fillrect。
• fb_copyarea：实现的功能是区域复制数据，如果是非独立显卡直接使用内核自带的函数 cfb_copyarea
• fb_imageblit：实现的功能是区域显示图像，如果是非独立显卡直接使用内核自带的函数 cfb_imageblit
• fb_ioctl：实现功能是让用户通过 ioctl 接口调用这个函数来对 LCD 特殊器特殊功能控制，如控制器只实现了一般的标准功能，不需要实现，使用核心层默认的 ioctl 接口就行可以了。
• fb_mmap：  实现的是把内核空间的分配的显存映射到用户空间中对应的 mmap 系统调用，当你控制是独立显卡时候才需要实现。

这个结构是真正实际实现不同 LCD 的硬件操作函数功能， 但是一般情况下， 如果我们的 LCD 控制器不属于独立显卡类型， 那这个结构的很多成员都是不用实现的， 比如像结构的 fb_open, fb_release, fb_read, fb_write 等这些函数不用实现， 而是使用 Framebuffer 的核心层 fnmem.c 实现的通用函数就可以了。

以上结构中如果要实现和控制台相关的功能， 结构中的 fb_check_var， fb_set_par， fb_blank， fb_cursor，fb_fillrect， fb_copyarea， fb_imageblit 接口是要实现的， 但是这几个中除 fb_check_var， fb_set_par， fb_blank 这三个要根据用户自己的硬件特征来实现不同的代码外，余下的都可以直接使用内核中已经实现的默认函数（当然，内核实现的通用代码），这些在后面的代码分析中看到。