Linux Framebuffer 实验

一、准备

1. linux虚拟机或ARM开发板
2. Ubuntu18.04

二、Framebuffer介绍

次笔记主要的目的是实验，所以我不介绍了，有需要的小伙伴可以去看下面博客
Linux LCD Frambuffer 基础介绍和使用：https://blog.51cto.com/u_13064014/5079683
Linux应用开发【第一章】Framebuffer应用开发：https://zhuanlan.zhihu.com/p/443120506
Linux Framebuffer 技术：https://zhuanlan.zhihu.com/p/496623603
为了能直观的看明白 Framebuffer 的原理，所以我从他们博客中引用了几张图片，如下所示：

1. LCD 显示原理
   

2. Framebuffer架构
   
   

从上面图中很容易看明白Framebuffer是怎么回事，接下来我们进行测试，分别在ubuntu和ARM开发板上进行测试。

三、Framebuffer 测试命令

为了方便测试 Framebuffer 可用，可以快速通过命令进行简单测试，如下所示：

1. 清屏命令

   dd if=/dev/zero of=/dev/fb0
   dd if=/dev/zero of=/dev/fb0 bs=1024 count=768
   

2. 截屏命令

   dd if=/dev/fb0 of=fbfile
   cp /dev/fb0 fbfile
   

   注意：这里的截屏其实就是拷贝 中的数据，所以只有当framebuffer中有数据存在时才能截屏成功

3. 将保存的信息显示传回framebuffer

   dd if=fbfile of=/dev/fb0
   

4. 往屏幕的左上角画一个白色的像素点

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

5. 花屏指令

   cat /dev/urandom > /dev/fb0
   

四、Framebuffer 测试程序

fb_test_app.c文件

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/ioctl.h>

/* 显示屏相关头文件 */
#include <linux/fb.h>
#include <sys/mman.h>

typedef struct lcd_color
{
    unsigned char bule;
    unsigned char green;
    unsigned char red;
    unsigned char alpha;
} lcd_color;

/**
 * 更新屏幕显示内存块信息，颜色格式为RGB8888
*/
void screen_refresh(char *fbp, lcd_color color_buff, long screen_size)
{
    for(int i=0; i < screen_size; i+=4)
    {
        *((lcd_color*)(fbp + i)) = color_buff;
    }
    usleep(1000*2000);
}

int main()
{
    int fp = 0;
    int rgb_type = 0;
    long screen_size = 0; 
    struct fb_var_screeninfo vinfo;
    struct fb_fix_screeninfo finfo;          
    unsigned char *fbp = 0;

    fp = open("/dev/fb0", O_RDWR);

    if (fp < 0)
    {
        printf("Error : Can not open framebuffer device/n");
        exit(1);
    }

    if (ioctl(fp, FBIOGET_FSCREENINFO, &finfo))
    {
        printf("Error reading fixed information/n");
        exit(2);
    }

    if (ioctl(fp, FBIOGET_VSCREENINFO, &vinfo))
    {
        printf("Error reading variable information/n");
        exit(3);
    }

    /* 打印获取的屏幕信息 */
    printf("The mem is :%d\n", finfo.smem_len);
    printf("The line_length is :%d\n", finfo.line_length);
    printf("The xres is :%d\n", vinfo.xres);
    printf("The yres is :%d\n", vinfo.yres);
    printf("bits_per_pixel is :%d\n", vinfo.bits_per_pixel);

    /* 获取RGB的颜色颜色格式，比如RGB8888、RGB656 */
    rgb_type = vinfo.bits_per_pixel / 8;
    /* 屏幕的像素点 */
    screen_size = vinfo.xres * vinfo.yres * rgb_type;
    /* 映射 framebuffer 的缓冲空间，得到一个指向这块空间的指针 */
    fbp =(unsigned char *) mmap (NULL, screen_size, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fp, 0);
    if (fbp == NULL)
    {
       printf ("Error: failed to map framebuffer device to memory./n");
       exit (4);
    }

    /* 刷白屏 */
    memset(fbp, 0xff, screen_size);    
    usleep(1000*2000);

    /* 我的显示屏是RGDA的，所以县色格式为32为，注意自己的显示屏信息，对应修改 */
    /* 刷红色 */
    screen_refresh(fbp, (lcd_color){0, 0, 255, 255}, screen_size);

    /* 刷绿色 */
    screen_refresh(fbp, (lcd_color){0, 255, 0, 255}, screen_size);

    /* 刷蓝色 */
    screen_refresh(fbp, (lcd_color){255, 0, 0, 255}, screen_size);

    /* 解除映射 */
    munmap (fbp, screen_size); 

    close(fp);
    return 0;
}

makefile 文件

out_file_name = "fb_test_app"

all: fb_test_app.c
#	gcc $^ -o $(out_file_name)
	arm-linux-gnueabihf-gcc $^ -o $(out_file_name)


.PHONY: clean
clean:
	rm $(out_file_name)

五、ubuntu测试

1. 驱动查看
   测试之前先查看自己的虚拟机是否开启了Framebuffer驱动，在设备中可以看到 fbx的驱动，并且主设备号为29

   ls /dev/fb* -l
   

2. 关闭图形显示
   因为在虚拟机中，不关闭图形显示会看不到现象，也有可能信息会被其他显示模块覆盖

   # 关闭图形显示
   systemctl set-default multi-user.target
   reboot
   
   # 打开图形显示
   systemctl set-default graphical.target
   reboot
   

3. 运行测试程序

   ./fb_test_app
   

   注意：如果出现错误Error : can not open framebuffer device 时，切换到root用户执行即可

4. 测试结果
   
   

   注意：这里显示的图像会把命令窗口给覆盖，所以看不到运行时打印的信息

六、ARM开发板测试

从图中可以看出执行后打印的信息，到此我们测试就算完成了，说明LCD的驱动是没问题的，可以进行GUI的开发。
注意：如果LCD的屏是RGB8888格式的，那么可能出现黑屏不显示的现象，这是需要适当调整一下数据格式，如下图所示：

参考链接

Linux LCD Frambuffer 基础介绍和使用：https://blog.51cto.com/u_13064014/5079683
Linux应用开发【第一章】Framebuffer应用开发：https://zhuanlan.zhihu.com/p/443120506
Linux Framebuffer 技术：https://zhuanlan.zhihu.com/p/496623603