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怎样写 Linux LCD 驱动程序

嵌入式 | 发布时间:2017-07-08 | 人气: | #评论# |本文关键字:LCD,Linux,驱动程序
摘要:怎样写 Linux LCD 驱动程序, 基本原理: 通过 framebuffer ,应用程序用 mmap 把显存映射到应用程序虚拟地址空间,将要显示的数据写入这个内存空间就可以在屏幕上显示出来; 驱动程序分

怎样写 Linux LCD 驱动程序,基本原理:

  通过 framebuffer ,应用程序用 mmap 把显存映射到应用程序虚拟地址空间,将要显示的数据写入这个内存空间就可以在屏幕上显示出来;

  驱动程序分配系统内存作为显存;实现 file_operations 结构中的接口,为应用程序服务;实现 fb_ops 结构中的接口,控制和操作 LDC 控制器;

  驱动程序将显存的起始地址和长度传给 LCD 控制器的寄存器 (一般由 fb_set_var 完成) , LDC 控制器会自动的将显存中的数据显示在 LCD 屏上。

  写 framebuffer 驱动程序要做什么

  简单的讲,framebuffer 驱动的功能就是分配一块内存作显存,然后对 LCD 控制器的寄存器作一些设置。

  具体来说:

  填充一个 fbinfo 结构

  用 reigster_framebuffer (fbinfo*) 将 fbinfo 结构注册到内核

  对于 fbinfo 结构,最主要的是它的 fs_ops 成员,需要针对具体设备实现 fs_ops 中的接口

  考虑是否使用中断处理

  考虑内存访问方式

  显卡不自带显存的,分配系统内存作为显存

  显卡自带显存的,用 I/O 内存接口进行访问 (request_mem_region / ioremap),

  关于LCD 设备资料可参考如下资料:

  Datasheet of LCD device

  书:液晶显示技术

  书:液晶显示器件

  什么是 frame buffer 设备

  frame buffer 设备是图形硬件的抽象,它代表了图形硬件的侦缓冲区,允许应 用程序通过指定的接口访问图形硬件。因此,应用程序不必关心底层硬件细节。

  设备通过特定的设备节点访问,通常在 /dev 目录下,如 /dev/fb*。

  更多关于 frame buffer device 的资料可以在以下两个文件中找到: linux /Documentation/fb/framebuffer.txt 和 linux /Documentation/fb /interal.txt,但这些资料内容不多,还需要看看结合代码具体分析。

  Linux Frame Buffer 驱动程序层次结构

  Frame Buffer 设备驱动可以从三个层次来看:

  应用程序与系统调用;

  适用于所有设备的通用代码,避免重复,包括 file_operations 结构、register/unregister framebuffer 接口等;

  操作具体硬件的代码,主要是 fs_ops 结构。

  在 Linux 内核中,Frame Buffer 设备驱动的源码主要在以下两个文件中,它们 处于 frame buffer 驱动体系结构的中间层,它为上层的用户程序提供系统调用, 也为底层特定硬件驱动提供了接口:

  linux/inlcude/fb.h

  linux/drivers/video/fbmem.c

  数据结构

  头文件 fb.h 定义了所有的数据结构:

  fb_var_screeninfo:描述了一种显卡显示模式的所有信息,如宽、高、颜色深度等,不同的显示模式对应不同的信息;

  fb_fix_screeninfo:定义了显卡信息,如 framebuffer 内存的起始地址,地址长度等;

  fb_cmap:设备独立的 colormap 信息,可以通过 ioctl 的 FBIOGETCMAP 和 FBIOPUTCMAP 命令设置 colormap;

  fb_info:包含当前 video card 的状态信息,只有 fb_info 对内核可见;

  fb_ops : 应用程序使用 ioctl 系统调用操作底层的 LCD 硬件,fb_ops 结构中定义的方法用于支持这些操作;

  这些结构相互之间的关系如下所示:

  framebuffer 驱动主要数据结构

  接口

  fbmem.c 实现了所有驱动使用的通用代码,避免了重复。

  全局变量:

  struct fb_info *registered_fb [FB_MAX]

  int num_registered_fb;

  这个两个变量用于记录正在使用的 fb_info 结构实例。fb_info 代表 video card 的当前状态,所有的 fb_info 结构都放在数组中。当一个 frame buffer 在内核中登记时,一个新的 fb_info 结构被加入该数组,num_registered_fb 加 1。

  fb_drivers 数组:

  static struct {

  const char *name;

  int (*init)(void);

  int (*setup)(void);

  } fb_drivers[] __initdata= { 。。。。};

  若 frame buffer 驱动程序是静态链接到内核中,一个新的 entry 必须要加到这个表中。 若该驱动程序是使用 insmod/rmmod 动态加载到内核,则不必关心这个结构。

  static struct file_operations fb_ops ={

  owner: THIS_MODULE,

  read: fb_read,

  write: fb_write,

  ioctl: fb_ioctl,

  mmap: fb_mmap,

  open: fb_open,

  release: fb_release

  };

  这是用户应用程序的接口,fbmem.c 实现了这些函数。

  register/unregister framebuffer:

  register_framebuffer(struct fb_info *fb_info)

  unregister_framebuffer(struct fb_info *fb_info)

  这是底层 frame buffer 设备驱动程序的接口。驱动程序使用这对函数实现注册和撤销操作。底层驱动程序的工作基本上是填充 fb_info 结构,然后注册它。

  一个 LCD controller 驱动程序

  实现一个 LCD controller 驱动程序主要做如下两步:

  分配系统内存作显存

  根据具体的硬件特性,实现 fb_ops 的接口

  在 linux/drivers/fb/skeletonfb.c 中有一个 frame buffer 驱动程序的框架,它示例了怎样用很少的代码实现一个 frame buffer 驱动程序。

  分配系统内存作为显存

  由于大多数 LDC controller 没有自己的显存,需要分配一块系统内存作为显存。 这块系统内存的起始地址和长度之后会被存放在 fb_fix_screeninfo 的 smem_start 和 smem_len 域中。该内存应该是物理上连续的。

  对于带独立显存的显卡,使用 request_mem_region 和 ioremap 将显卡外设内存映射到处理器虚拟地址空间。

  实现 fb_ops 结构

  目前还没有讨论的 file_operations 方法是 ioctl ()。用户应用程序使用 ioctrl 系统调用操作 LCD 硬件。fb_ops 结构中定义的方法为这些操作提供支 持。注意, fb_ops 结构不是 file_operations 结构。fb_ops 是底层操作的抽 象,而 file_operations 为上层系统调用接口提供支持。

  下面考虑需要实现哪些方法。ioctl 命令和 fb_ops 结构中的接口之间的关系如 下所示:

m_len 域中。该内存应该是物理上连续的。

  FBIOGET_VSCREENINFO fb_get_var

  FBIOPUT_VSCREENINFO fb_set_var

  FBIOGET_FSCREENINFO fb_get_fix

  FBIOPUTCMAP fb_set_cmap

  FBIOGETCMAP fb_get_cmap

  FBIOPAN_DISPLAY fb_pan_display

  只要我们实现了那些 fb_XXX 函数,那么用户应用程序就可以使用 FBIOXXXX 宏 来操作 LDC 硬件了。那怎么实现那些接口呢?可以参考下 linux/drivers/video 目录下的驱动程序。

  在众多接口中, fb_set_var 是最重要的。它用于设置 video mode 等信息。下 面是实现 fb_set_var 函数的通用步骤:

  检查是否有必要设置 mode

  设置 mode

  设置 colormap

  根据上面的设置重新配置 LCD controller 寄存器

  其中第四步是底层硬件操作。


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