本文主要介绍Frmebuffer应用编程，注意讲的是应用，而不是驱动。所以你需要你一个开发板，并且已经可以运行Linux系统。

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1. Framebuffer应用编程基础知识

在 Linux 系统中通过 Framebuffer 驱动程序来控制 LCD。 Frame 是帧的意思， buffer 是缓冲的意思，这意味着 Framebuffer 就是一块内存，里面保存着一帧图像。

本质就是应用程序修改Framebuffer，驱动程序自动从Framebuffer读取数据，驱动lcd显示。

1.1 Framebuffer大小和地址计算

大小计算

Framebuffer 中保存着一帧图像的每一个像素颜色值，假设 LCD 的分辨率是 1024x768，每一个像素的颜色用 32 位来表示，那么 Framebuffer 的大小就是： 1024x768x32/8=3145728 字节

某个像素地址计算

假设需要设置 LCD 中坐标(x,y)处像素的颜色，首要要找到这个像素对应的内存，然后根据它的 BPP 值设置颜色。假设 fb_base 是 APP 执行 mmap 后得到的 Framebuffer 地址，可以用以下公式算出(x,y)坐标处像素对应的 Framebuffer 地址：

(x， y)像素起始地址=fb_base+(xres*bpp/8)*y + x*bpp/8

1.2 bpp

bit per pixel 每个像素的位数。

像素的颜色怎么表示？它是用 RGB 三原色(红、绿、蓝)来表示的，在不同的 BPP 格式中，用不同的位来分别表示 R、 G、 B。

对于 32BPP，一般只设置其中的低 24 位，高 8 位表示透明度，一般的 LCD都不支持。

对于 24BPP，硬件上为了方便处理，在 Framebuffer 中也是用 32 位来表示，效果跟 32BPP 是一样的。

对于 16BPP，常用的是 RGB565；很少的场合会用到 RGB555，这可以通过ioctl 读取驱动程序中的 RGB 位偏移来确定使用哪一种格式。

1.3 mmap

mmap用于建立内存映射。munmap用于取消mmap建立的内存映射。

#include <sys/mman.h>

void *mmap(void *addr, size_t length, int prot, int flags,
                  int fd, off_t offset);
int munmap(void *addr, size_t length);

函数参数说明：

addr 表示指定映射的内存起始地址，通常设为NULL表示让系统自动选择地址，在成功建立映射后返回改地址
length 表示将文件中多大的内容映射到内存中
prot 表示映射区域的保护方式，可以为以下4种方式组合：
a. PROT_EXEC 映射区域可被执行
b. PROT_READ 映射区域可被读出
c. PROT_WRITE 映射区域可被写入
d. PROT_NONE 映射区域不能存取
flags 表示影响映射区域的不同特性，常用2种：
a. MAP_SHARED 表示对映射区域写入的数据会复制回文件内，原来的文件会改变。
b. MAP_PRIVATE 表示对映射区域的操作会产生一个映射文件的复制，对此区域的任何修改都不会写回原来的文件内容中。

返回值：若成功映射，则返回指向映射的区域指针；失败返回-1，errno被设置。

2. Framebuffer应用编程

步骤总结：

1.打开设备节点：open("/dev/fb0", O_RDWR)

2.获取LCD参数：ioctl(fd_fb, FBIOGET_VSCREENINFO, &var)

3.映射Framebuffer：mmap(NULL , screen_size, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd_fb, 0)

4.操作Framebuffer

2.1. 打开设备

首先打开设备节点：

fd_fb = open("/dev/fb0", O_RDWR);
if (fd_fb < 0)
 {
        printf("can't open /dev/fb0\n");
        return -1;
 }

2.2 获取 LCD 参数

LCD 驱动程序给 APP 提供 2 类参数：可变的参数 fb_var_screeninfo、固定的参数fb_fix_screeninfo。

2.2.1 fb_var_screeninfo

编写应用程序时主要关心可变参数，它的结构体定义如下(#include<linux/fb.h>)：

可以使用以下代码获取 fb_var_screeninfo：

static struct fb_var_screeninfo var; /* Current var */
……
 if (ioctl(fd_fb, FBIOGET_VSCREENINFO, &var))
{
    printf("can't get var\n");
    return -1;
}

注意到 ioctl 里用的参数是： FBIOGET_VSCREENINFO，它表示 get var screen info，获得屏幕的可变信息；当然也可以使用 FBIOPUT_VSCREENINFO 来调整这些参数，但是很少用到。

2.2.2 fb_fix_screeninfo

对于固定的参数 fb_fix_screeninfo，在应用编程中很少用到。它的结构体定义如下：

可以使用 ioctl FBIOGET_FSCREENINFO 来读出这些信息，但是很少用到。

2.3 映射 Framebuffer

要映射一块内存，需要知道它的地址──这由驱动程序来设置，需要知道它的大小──这由应用程序决定。代码如下：

line_width = var.xres * var.bits_per_pixel / 8;
pixel_width = var.bits_per_pixel / 8;
screen_size = var.xres * var.yres * var.bits_per_pixel / 8;
fb_base = (unsigned char *)mmap(NULL , screen_size, PROT_READ | PROT_WRITE, M
AP_SHARED, fd_fb, 0);
if (fb_base == (unsigned char *)-1)
{
        printf("can't mmap\n");
        return -1;
 }

screen_size 是整个 Framebuffer 的大小；

PROT_READ |PROT_WRITE 表示该区域可读、可写；

MAP_SHARED 表示该区域是共享的， APP 写入数据时，会直达驱动程序。

2.4 描点函数的编写

能够在 LCD 上描绘指定像素后，就可以写字、画图，描点函数是基础。代码如下：

void lcd_put_pixel(int x, int y, unsigned int color)
//传入的 color 表示颜色，它的格式永远是 0x00RRGGBB，即 RGB888。
//当 LCD 是 16bpp 时，要把 color 变量中的 R、 G、 B 抽出来再合并成 RGB565 格式。
 {
    unsigned char *pen_8 = fb_base+y*line_width+x*pixel_width;
    //计算(x,y)坐标上像素对应的 Framebuffer 地址。

    unsigned short *pen_16;
    unsigned int *pen_32;
    
    unsigned int red, green, blue;
    
    pen_16 = (unsigned short *)pen_8;
    pen_32 = (unsigned int *)pen_8;

    switch (var.bits_per_pixel)
    {
      //对于 8bpp， color 就不再表示 RBG 三原色了，这涉及调色板的概念， color 是调色板的值。
        case 8:
            {
                *pen_8 = color;
                break;
            }
        case 16:
            {
                 /* 565 */
                //先从 color 变量中把 R、 G、 B 抽出来。
                red = (color >> 16) & 0xff;
                green = (color >> 8) & 0xff;
                blue = (color >> 0) & 0xff;
                //把 red、 green、 blue 这三种 8 位颜色值，根据 RGB565 的格式，
                //只保留 red 中的高 5 位、 green 中的高 6 位、 blue 中的高 5 位，
                //组合成一个新的 16 位颜色值。
                color = ((red >> 3) << 11) | ((green >> 2) << 5) | (blue >> 3);
                //把新的 16 位颜色值写入 Framebuffer
                *pen_16 = color;
                break;
            }
        case 32:
            {
                //对于 32bpp，颜色格式跟 color 参数一致，可以直接写入Framebuffer
                *pen_32 = color;
                break;
            }
        default:
            {
                printf("can't surport %dbpp\n",var.bits_per_pixel);
                break;
            }
     }
 }

2.5 随便画几个点

本程序的 main 函数，在最后只是简单地画了几个点：

/* 清屏: 全部设为白色 */
memset(fbmem, 0xff, screen_size);

/* 随便设置出 100 个为红色 */
for (i = 0; i < 100; i++)
lcd_put_pixel(var.xres/2+i, var.yres/2, 0xFF0000);

3. 完整程序+编译运行

#include <stdio.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/mman.h>
#include <string.h>
#include <linux/fb.h>
#include <unistd.h>

static int fd_fb;
static struct fb_var_screeninfo var;	/* Current var */
static int screen_size;
static unsigned char *fb_base;
static unsigned int line_width;
static unsigned int pixel_width;

void lcd_put_pixel(int x, int y, unsigned int color)
//传入的 color 表示颜色，它的格式永远是 0x00RRGGBB，即 RGB888。
//当 LCD 是 16bpp 时，要把 color 变量中的 R、 G、 B 抽出来再合并成 RGB565 格式。
{
    unsigned char *pen_8 = fb_base+y*line_width+x*pixel_width;
    //计算(x,y)坐标上像素对应的 Framebuffer 地址。

    unsigned short *pen_16;
    unsigned int *pen_32;
    
    unsigned int red, green, blue;
    
    pen_16 = (unsigned short *)pen_8;
    pen_32 = (unsigned int *)pen_8;

    switch (var.bits_per_pixel)
    {
      //对于 8bpp， color 就不再表示 RBG 三原色了，这涉及调色板的概念， color 是调色板的值。
        case 8:
            {
                *pen_8 = color;
                break;
            }
        case 16:
            {
                 /* 565 */
                //先从 color 变量中把 R、 G、 B 抽出来。
                red = (color >> 16) & 0xff;
                green = (color >> 8) & 0xff;
                blue = (color >> 0) & 0xff;
                //把 red、 green、 blue 这三种 8 位颜色值，根据 RGB565 的格式，
                //只保留 red 中的高 5 位、 green 中的高 6 位、 blue 中的高 5 位，
                //组合成一个新的 16 位颜色值。
                color = ((red >> 3) << 11) | ((green >> 2) << 5) | (blue >> 3);
                //把新的 16 位颜色值写入 Framebuffer
                *pen_16 = color;
                break;
            }
        case 32:
            {
                //对于 32bpp，颜色格式跟 color 参数一致，可以直接写入Framebuffer
                *pen_32 = color;
                break;
            }
        default:
            {
                printf("can't surport %dbpp\n",var.bits_per_pixel);
                break;
            }
     }
}
int main(int argc,int **argv)
{	
	int i;
	fd_fb = open("/dev/fb0", O_RDWR);
	if (fd_fb < 0)
	{
		printf("can't open /dev/fb0\n");
		return -1;
	}	
	if (ioctl(fd_fb, FBIOGET_VSCREENINFO, &var))
	{
		printf("can't get var\n");
		return -1;
	}
	
	line_width = var.xres * var.bits_per_pixel / 8;
	pixel_width = var.bits_per_pixel / 8;
	screen_size = var.xres * var.yres * var.bits_per_pixel / 8;
	
	fb_base = (unsigned char *)mmap(NULL , screen_size, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd_fb, 0);
	if (fb_base == (unsigned char *)-1)
	{
		printf("can't mmap\n");
		return -1;
	}
	/* 清屏: 全部设为白色 */
	memset(fb_base, 0xff, screen_size);

	/* 随便设置出 100 个为红色 */
	for (i = 0; i < 100; i++)
	lcd_put_pixel(var.xres/2+i, var.yres/2, 0xFF0000);
	close(fd_fb);
	return 0;
}

在ubuntu下编译，放到开发板运行，效果如下，右下角有时间是因为我没禁用系统的GUI。

嵌入式Linux入门-Framebuffer应用编程在Linux系统下画个点