SSD_FrameBuf介绍

1. 概述

fbdev用于为显示图形硬件提供一层软件抽象.它代理了显示图形硬件的帧内存，并且提供了一些良好定义的接口让应用软件去访问图形硬件，而不用去关心底层图形硬件的具体控制细节。

访问fbdev通常通过一些特定的设备节点，例如位于/dev目录下的 /dev/fb*.

一个简单的framebuffer 使用场景：

3个application 通过fb0这个fb device 节点对framebuffer进行修改，然后由图形硬件将修改之后的内容输出到显示端

2. User’s View of /dev/fb*

fbdev 目前是一个字符设备，首设备号29，尾设备号标志frame buffer的编号

方便起见， 设备节点会如下生成(数字表示问设备号):

0 = /dev/fb0 First frame buffer

1 = /dev/fb1 Second frame buffer

...

31 = /dev/fb31 32nd frame buffer

fbdev同时也是一个普通的内存设备。这就意味着，你可以读写它的内容。比如:

  1. 你可以通过如下操作截屏:

    cp /dev/fb0 myfile

  2. 往屏幕的左上角画一个白色的像素点:

    echo -en '\xFF\xFF\xFF\x00' > /dev/fb0

  3. mmap /dev/fb0 用于更精细的绘图(这部分会在其它章节详述):

    int fb = open("/dev/fb0", O_RDWR);
assert(fb > 0);
struct fb_var_screeninfo info;
assert(0 == ioctl(fb, FBIOGET_VSCREENINFO, &info));
size_t len = 4 * info.xres * info.yres;
uint32_t *buf = mmap(NULL, len, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fb, 0);
assert(buf != MAP_FAILED);

    通过给buf[y * info.xres + x] 赋值就可以轻松的修改 (x,y)这个点的像素。

3. Closer look to /dev/fb*

简介提到fbdev代理了图形硬件的显示帧内存，并且提供了一些接口控制这部分内存，对比上文的framebuffer简单应用场景。

下图是framebuffer的memory layout:

  • 不同的fbdev的实现，让fbdev代理的图形硬件的显示帧内存（framebuffer）会具备不同的初始属性.有些是可配置的属性（通过ioctl(fb， FBIOGET_VSCREENINFO， &info)获取struct fb_var_screeninfo defined in "linux/fb.h"），有些则是固定属性（通过ioctl(fb， FBIOGET_FSCREENINFO， &info)获取struct fb_fix_screeninfo defined in "linux/fb.h"）.

  • sstar 平台的初始设定方式参见4.1章节

以上图为例我们需要关注几个主要属性：

  • 颜色格式(colorformat)

    framebuffer的颜色格式可以通过ioctl(fb， FBIOPUT_VSCREENINFO， &info) 设定，通常我们都是在初始化fbdev的时候就决定好. 对fbdev的用户来说，确定了颜色格式用户就知道如何修改对应pixel的内容。

  • bitsperpixel

    一个pixel的宽度，与颜色格式协调的变量，颜色格式确定了pixel的宽度也确定了。

  • xres_virtual/yres_virtual

    可通过ioctl FBIOGET_VSCREENINFO/FBIOPUT_VSCREENINFO获取。通常fbdev 代理的framebuffer总大小为:xres_virtual*yres_virtual*bitsperpixel。

  • xres/yres,xoffset/yoffset

    (xoffset,yoffset) (xoffset+xres,yoffset+yres) 在framebuffer中标记了一个矩形框，即当前显示的buffer区域.也就是说display buffer 用于显示的有效区域可以是从framebuffer开始地址开始。

为何 display buffer 在 framebuffer内

  • 支持不同分辨率的内容.

    有时候framebuffer的内存大小在FBDEV初始化的时候已经申请好了. 我们可能需要申请一个能够容纳最大分辨的framebuffer，比如1080p，此时我们使用的display buffer 可能是720p.

  • double buffer.

    使用单buffer无法避免画面撕裂的问题，因为你可能总是修改未显示的内容，造成已经被graphic hardware显示的部分和被修改将要显示的部分时空错位。使用双buffer，显示一张display buffer#0，修改另一张显示一张display buffer#1，修改完成之后交换.显示一张display buffer#1，修改另一张显示一张display buffer#0.

4. sstar平台 FBDEV介绍

4.1. 初始化

使用如下命令加载 fbdev：

insmod fbdev.ko [default_config_path_file=<filename>] [default_reserved_mem_name=<memname>]
参数名 默认值 功能 示例
default_config_path_file "/config/fbdev.ini" 用于设置fb配置文件 fbdev.ini 的路径 insmod fbdev.ko default_config_path_file=/customer/fbdev.ini
default_reserved_mem_name "fb" 用于配置 bootlogo 使用的内存区域的名字，以便fb在合适的时机释放 insmod fbdev.ko default_reserved_mem_name=fb

默认情况下，insmod 不带任何参数。相关参数使用上表所示的默认值。

4.2. 配置文件fbdev.ini

# FBDEV 将会根据[FB_DEVICE]项目的定义生成fbdev设备节点
# 可以有多个[FB_DEVICE],并生成多个fbdev设备节点
[FB_DEVICE]
# 该fbdev使用的gop(graphic hardware) ID
FB_HWLAYER_ID = 1
# fbdev的framebuffer使用的gop graphic window ID
FB_HWWIN_ID = 0
# deprecated
FB_HWLAYER_DST = 3
# 该fbdev的framebuffer使用的颜色格式
# RGB565 = 1
# ARGB4444 = 2
# ARGB8888 = 5
# ARGB1555 = 6
# YUV422 = 9
# I8 = 4
# I4 = 13
# I2 = 14
FB_HWWIN_FORMAT = 5
# 修改Output color，0为RGB，1为YUV
FB_HWLAYER_OUTPUTCOLOR = 1
# 该fbdev的framebuffer的初始化xres
FB_WIDTH = 1280
# 该fbdev的framebuffer的初始化yres
FB_HEIGHT = 720
#在自动获取到当前的显示timing之前，使用的初始化gop输出timing 宽
FB_TIMMING_WIDTH = 1920
#在自动获取到当前的显示timing之前，使用的初始化gop输出timing 高
FB_TIMMING_HEIGHT = 1080
# 如果系统的mmap有layout项目为E_MMAP_ID_FB
# 那么FBDEV的framebuffer 将使用此处的内存
FB_MMAP_NAME = E_MMAP_ID_FB
# 如果系统的mmap没有为FBDEV layout一块内存
# 那么FBDEV的framebuffer将申请如下长度的内存作为framebuffer
# FB_BUFFER_LEN >= xres*yres*bytesperpixel*displayBufCnt
FB_BUFFER_LEN = 8192
#unit:Kbyte,4096=4M, fbdev.ko alloc size = FB_BUFFER_LEN*1024

# FBDEV 支持的硬件鼠标配置
[FB_CURSOR]
# 鼠标层使用的gop ID
FB_HWLAYER_ID = 0
# 鼠标层使用的gop graphic window ID
FB_HWWIN_ID = 0
# deprecated
FB_HWLAYER_DST = 3
# 鼠标层使用的颜色格式
# RGB565 = 1
# ARGB4444 = 2
# ARGB8888 = 5
# ARGB1555 = 6
# YUV422 = 9
# I8 = 4
# I4 = 13
# I2 = 14
FB_HWWIN_FORMAT = 6
# 修改Output color，0为RGB，1为YUV
FB_HWLAYER_OUTPUTCOLOR = 1
# 如果系统的mmap有layout项目为E_MMAP_ID_FB
# 那么FBDEV的鼠标层 将使用此处的内存
# 如果系统的mmap没有为FBDEV layout一块内存
# 那么FBDEV的鼠标层将自己申请128K内存
FB_MMAP_NAME = E_MMAP_ID_HW_CURSOR

# deprecated,fbdev 设备之间的z order(谁显示在上层或者下层)
[LAYER_ZORDER]
LAYER_ZORDER0 = 0
LAYER_ZORDER1 = 1
LAYER_ZORDER2 = 2
LAYER_ZORDER3 = 3
LAYER_ZORDER4 = 4

4.3. sstar中的图形硬件（GOP）

观察fbdev.ini 的配置文件，看到每一个fbdev都会绑定 一个GOP ID，以及一个GWIN ID.在sstar的某个硬件平台中，可以有多个GOP，同时单个GOP可能可以控制多个graphic window（Gwin），每一个Gwin对应一个framebuffer中的display buffer.具体的GOP/Gwin的数量不同的平台存在差异。

  • GOP/Gwin的叠加顺序

    以Takoyaki平台为例，Takoyaki拥有2个GOP，每个gop支持管理1个gwin，如下图所示：

  • GOP之间的差异

    GOP之间可能存在设计差异，不同的GOP的用途存在倾向性。以Takoyaki平台为例

    • 支持的颜色格式

    • 是否支持stretch

4.4. Takoyaki DISP_GOP 属性

属性 GOP0 GOP1
颜色格式 YUV422
RGB565
ARGB8888
ARGB4444 ARGB4444
ARGB1555 ARGB1555
I8 I8
I4 I4
I2 I2
缩放 不支持缩放.FB_WIDTH==FB_TIMING_WIDTH，FB_HEIGHT==FB_TIMING_HEIGHT 支持放大，在放大的场景下max(xres)=1280
支持GWIN数 1 1
FB_WIDTH对齐 16/BytesPerPixel 16/BytesPerPixel
alpha0/alpha1 for ARGB1555 支持分别设置alpha0/alpha1 只支持设置alpha1，alpha0=0x0
global alpha 支持 支持
colorkey 支持 支持

4.5. Ikayaki DISP_GOP 属性

属性 GOP0
颜色格式 YUV422
缩放 支持放大,在放大的场景下max(xres)=1280
支持GWIN数 1
global alpha 支持
FB_WIDTH对齐 16/BytesPerPixel
colorkey 支持
alpha0/alpha1 for ARGB1555 只支持设置alpha1,alpha0=0x0
RGB565
ARGB8888
ARGB4444
ARGB1555
I8
I4
I2

4.6. Tiramisu DISP_GOP 属性

注意：Tiramisu有两个video path，GOP0和GOP1对应video path 0，GOP2和GOP3对应video path 1。

属性 GOP0/GOP2 GOP1/GOP3
颜色格式 YUV422
RGB565
ARGB8888
ARGB4444 ARGB4444
ARGB1555 ARGB1555
I8 I8
I4 I4
I2 I2
缩放 不支持缩放.
FB_WIDTH == FB_TIMING_WIDTH
FB_HEIGHT == FB_TIMING_HEIGHT		 支持放大,在放大的场景下max(xres)=1280
支持GWIN数 1 1
FB_WIDTH对齐 16/BytesPerPixel 16/BytesPerPixel
alpha0/alpha1 for ARGB1555 支持分别设置alpha0/alpha1 只支持设置alpha1,alpha0=0x0
global alpha 支持 支持
colorkey 支持 支持

5. Interfaces

简介提到fbdev定义了一些Interfaces给用户操作framebuffer，这里需要注意的是这些接口的实现程度取决于FBDEV的实现者对linux定义的这部分接口的具体实现程度.通常来讲，针对某些具体的平台不需要实现全部的接口定义。

比如:color map/write&read函数等。因为index color显示效果不如ARGB32，操作framebuff 使用mmap比wirte&read函数更方便。

除此之外，FBDEV的提供者还可以针对特定平台提供专有的控制接口。

接口支持情况表

User Space 操作接口 描述 sstar支持平台
open/fopen/close/fclose 以文件方式打开/关闭fbdev all
write/fwrite/read/fread 以读写文件的方式读写fbdev none
mmap 将fbdev做内存映射 all
iocontrol fbdev支持iocontrol 的方式放送控制命令 all

linux标准iocontrol命令表

iocontrol命令 描述 sstar支持平台
FBIOGET_VSCREENINFO 获取fbdev的可变信息 all
FBIOPUT_VSCREENINFO 设置fbdev的可变信息 all
FBIOGET_FSCREENINFO 获取fbdev的固定信息 all
FBIOPAN_DISPLAY 平移显示，在修改vinfo的可见区域之后 all
FBIOPUTCMAP 设置fbdev的colormap none
FBIOGETCMAP 获取fbdev的colormap none
FBIOGET_CON2FBMAP 获取console对应的framebuffer all
FBIOPUT_CON2FBMAP 映射console对应的framebuffer all
FBIOBLANK 清空framebuffer none

sstar专有 iocontrol 命令表

iocontrol命令 描述 sstar支持平台
FBIOGET_SHOW 获取fbdev的显示状态 all
FBIOSET_SHOW 设置fbdev的显示状态 all
FBIOGET_SCREEN_LOCATION 获取显示区域在framebuffer中的位置信息 all
FBIOSET_SCREEN_LOCATION 设置显示区域在framebuffer中的位置信息 all
FBIOGET_GLOBAL_ALPHA 获取fbdev的全局alpha和ARGB1555的index alpha信息 all
FBIOSET_GLOBAL_ALPHA 设置fbdev的全局alpha和ARGB1555的index alpha信息 all
FBIOGET_COLORKEY 获取fbdev的colorkey信息 all
FBIOSET_COLORKEY 设置fbdev的colorkey信息 all
FBIOGET_DISPLAYLAYER_ATTRIBUTES 获取fbdev显示相关信息 all
FBIOSET_DISPLAYLAYER_ATTRIBUTES 设置fbdev显示相关信息 all
FBIOGET_CURSOR_ATTRIBUTE 设置fbdev的鼠标信息 all
FBIOSET_CURSOR_ATTRIBUTE 获取fbdev的鼠标信息 all