Linux下的FrameBuffer驱动框架

一、RGB LCD经典显示器件介绍：

1、LCD屏幕的重要属性参数：

① 分辨率：也就是屏幕上的像素点的个数；

② 像素格式：即单个像素点RGB三种颜色的表达方式，包括RGB888、ARGB8888和RGB565等。

③ LCD屏幕硬件接口： 这里指的是RGB LCD排线接口，如下图所示：

R[7:0]、G[7:0]和B[7:0]这24根是数据线，DE、VSYNC、HSYNC和PCLK这四根是控制信号线 。RGB LCD一般有两种驱动模式： DE模式和HV模式，这两个模式的区别是DE模式需要用到DE信号线，而HV模式不需要用到DE信号线， 在DE模式下是可以不需要HSYNC信号线的（ DE与HSYNC功能相同 ），即使不接HSYNC信号线LCD也可以正常工作。

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2、LCD的时间参数：（重要）

如果将LCD显示一帧图像的过程想象成绘画，那么在显示的过程中就是用一根“笔”在不同的像素点画上不同的颜色。 这根笔按照 从左至右、从上到下 的顺序扫描每个像素点，并且在像素画上对应的颜色，当画到最后一个像素点的时候一幅图像就绘制好了。假设一款LCD屏幕的分辨率为1024*600，如下图所示：

HSYNC是水平同步信号，也叫做行同步信号，当产生此信号的话就表示开始显示新的一行数据； VSYNC信号是垂直同步信号，也叫做帧同步信号，当产生此信号的话就表示开始显示新的一帧图像了。当显示完一行以后会发出HSYNC信号，此时电子枪就会关闭，然后迅速的移动到屏幕的左边，当HSYNC信号结束以后就可以显示新的一行数据了，电子枪就会重新打开；在HSYNC信号结束到电子枪重新打开之间会插入一段延时，这段延时就图 50.1.5中的HBP；当显示完一行以后就会关闭电子枪等待HSYNC信号产生，关闭电子枪到HSYNC信号产生之间会插入一段延时，这段延时就是图 50.1.5中的HFP信号。同理，当显示完一帧图像以后电子枪也会关闭，然后等到VSYNC信号产生，期间也会加入一段延时，这段延时就是图 50.1.5中的VFP；VSYNC信号产生，电子枪移动到左上角，当VSYNC信号结束以后电子枪重新打开，中间也会加入一段延时，这段延时就是图 50.1.5中的VBP。

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3、RGB LCD屏幕的时序（底层核心）：

① 行显示的时序：

HSYNC：行同步信号，当此信号有效的话就表示开始显示新的一行数据，查阅所使用的LCD数据手册可以知道此信号是低电平有效还是高电平有效，假设此时是低电平有效。

HSPW：有些地方也叫做thp，是HSYNC信号宽度， 也就是HSYNC信号持续时间。HSYNC信号不是一个脉冲，而是需要持续一段时间才是有效的， 单位为CLK。

HBP：有些地方叫做thb，前面已经讲过了，术语 叫做行同步信号后肩， 单位是CLK。

HOZNAL：有些地方叫做thd， 显示一行数据所需的时间，假如屏幕分辨率为1024*600，那么HOZVAL就是1024， 单位为CLK。

HFP：有些地方叫做thf，前面已经讲过了，术语叫做行 同步信号前肩， 单位是CLK。

显示一行所需要的时间就是：HSPW + HBP + HOZVAL + HFP。单位：CLK。

② 帧显示的时序：

VSYNC： 帧同步信号，当此信号有效的话就表示开始显示新的一帧数据，查阅所使用的LCD数据手册可以知道此信号是低电平有效还是高电平有效， 假设此时是低电平有效。

VSPW：些地方也叫做tvp，是VSYNC信号宽度，也就是 VSYNC信号持续时间， 单位为1行的时间（ 多少个HSYNC ）。

VBP：有些地方叫做tvb，前面已经讲过了，术语叫做 帧同步信号后肩， 单位为1行的时间。

LINE：有些地方叫做tvd， 显示一帧有效数据所需的时间，假如屏幕分辨率为1024*600，那么LINE就是600行的时间。 单位是1行的时间。

VFP：有些地方叫做tvf，前面已经讲过了，术语叫做 帧同步信号前肩， 单位为1行的时间。

显示一帧所需要的时间就是：VSPW+VBP+LINE+VFP个行时间。

显示完整一帧图像的 clk时间 是：T = (VSPW+VBP+LINE+VFP) * (HSPW + HBP + HOZVAL + HFP)。

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二、Linux的FrameBuffer驱动框架：

1、驱动框架的介绍：

帧缓冲（framebuffer）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，他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。所以在Linux系统中，凡是显示设备都被称为FrameBuffer设备（帧缓冲设备），所以LCD自然而言就是FrameBuffer设备。

FrameBuffer设备对应的设备文件为/dev/fb*， Linux下可支持多个FrameBuffer设备，最多可达32个，分别为/dev/fb0到/dev/fb31，如果没有指定系统所使用的显示设备，通常指向/dev/fb0，在嵌入式系统中支持一个显示设备就够了。在Linux系统中，FrameBuffer设备为标准字符设备，主设备号为29，次设备号则从0到31。分别对应/dev/fb0-/dev/fb31。

在Linux系统中，FrameBuffer设备也有对应的设备驱动框架，我们把它叫做FrameBuffer驱动框架，所以Linux下编写LCD驱动我们就可以使用FrameBuffer驱动框架。 FrameBuffer驱动架构其实也是基于字符设备驱动来开发的，其内核源码位置在 drivers/video/fbdev/core/fbmem.c中。其原理大概如下：

① 内核源码基于字符设备驱动 在/dev目录下挂载fbxx设备，其 主设备号为29，此设备0~31；

② 最多允许同时存在32个显示设备

③ 在字符设备的file_operations中， 实现了open、release、read、write以及memey、ioctl等函数；

④ 这些函数其本质是调用了内核链表的一种 结构体对象struct fb_info；

⑤ 作为驱动开发者，实际上 我们就是要描述并挂载一个struct fb_info对象，并初始化配置一下外设；

2、LCD驱动开发的基本流程（ 基于ZYNQ开发板 ）：

① 根据实际电路结构，在设备树上创建设备节点，比如：DMA、pclk、gpio、lcd外设驱动等；

② 在设备树上 按照内核的规定格式，描述lcd显示器件，包括lcd的 刷新频率、分辨率、像素格式等参数；

③ 在设备树上描述的 LCD设备，需要基于某个CPU总线来扩展；

④ 编写 基于platform_device的驱动程序，匹配设备树上的lcd设备节点；

⑤ 使用 函数接口 framebuffer_alloc动态创建一个struct fb_info对象，同时也为自定义结构体动态申请内存空间；

⑥ 先从设备节点上 获取lcd的pclk时钟（ devm_clk_get函数 ），并调用函数 clk_disable_unprepare先禁止时钟输出；