frame buffer device驅動程式

framebuffer
device在核心裡面作為顯卡驅動模型，許多函數和資料結構都是特定，正是這些特定的東西為我們的編程提供了方便。要開發frame buffer
device驅動，你應該閱讀Source/Source/Documentation/fb下面的說明檔案，三個重要檔案00-INDEX，
framebuffer.txt，internals.txt，其他檔案都是針對具體顯卡晶片的說明了。

檔案00-INDEX譯文
文檔/documentation/fb的索引檔案。如果你對frame buffer裝置有什麼想法，mail：Geert Uytterhoeven <geert@linux-m68k.org>

00-index 這個檔案
framebuffer.txt--- frame buffer 裝置介紹
internals.txt----frame buffer裝置內部快速探索
modedb.txt----關於視頻模式的資料
aty128fb.txt----關於ATI Rage128顯卡的frame buffer裝置
clgenfb.txt-----關於Cirrus Logic的顯卡
matroxfb.txt----關於Matrox的顯卡
pvr2fb.txt----關於PowerVR 2的顯卡
tgafb.txt----關於TGA（DECChip 21030）顯卡
vesafb.txt----關於VESA顯卡

幀緩衝裝置(framebuffer.txt譯文)
維護： Geert Uytterhoeven <geert@linux-m68k.org>
最後校正：   May 10, 2001
翻譯：good02xaut@hotmail.com

0.介紹
幀緩衝裝置提供了顯卡的抽象描述。他同時代表了顯卡上的顯存，應用程式通過定義好的介面可以訪問顯卡，而不需要知道底層的任何操作。該裝置使用特殊的裝置節點，通常位於/dev目錄，如/dev/fb*.

1.使用者角度的/dev/fb*
從使用者的角度看，幀緩衝裝置和其他位於/dev下面的裝置類似。他是一個字元裝置，通常主裝置號是29，次裝置號定義幀緩衝的個數。
通常，使用如下方式（前面的數字代碼次裝置號）

        0 = /dev/fb0    First frame buffer
        1 = /dev/fb1    Second frame buffer
      ...
        31 = /dev/fb31  32nd frame buffer  

考慮到向下相容，你可以建立符號連結：

      /dev/fb0current -> fb0
     /dev/fb1current -> fb1

and so on...

幀緩衝裝置也是一種普通的記憶體裝置，你可以讀寫其內容。例如，對螢幕抓屏：

  cp /dev/fb0 myfile

你也可以同時有多個顯示裝置，例如你的主板上出了內建的顯卡還有另一獨立的顯卡。對應的幀緩衝裝置(/dev/fb0 and /dev/fb1 etc.)可以獨立工作。
應用程式如 X server一般使用/dev/fb0作為預設的顯示框架緩衝區。你可以自定把某個裝置作為預設的幀緩衝裝置，設定$FRAMEBUFFER環境變數即可。在sh/bash：

    export FRAMEBUFFER=/dev/fb1

在csh中：

    setenv FRAMEBUFFER /dev/fb1

設定後，X server將使用第二個框架緩衝區裝置。

2.程式員角度看/dev/fb*
正如你所知，一個幀緩衝裝置和記憶體裝置類似/dev/mem，並且有許多共性。你可以read,write,seek以及mmap()。不同僅僅是幀緩衝的記憶體不是所有的記憶體區，而是顯卡專用的那部分記憶體。
/dev/fb*也允許盡行ioctl操作，通過ioctl可以讀取或設定裝置參數。顏色映射表也是通過Ioctl設定。查看<linux/fb.h>就知道有多少ioctl應用以及相關資料結構。

這裡給出摘要：
  - 你可以擷取裝置一些不變的資訊，如裝置名稱，螢幕的組織（平面，象素,...)對應記憶體區    的長度和起始地址。
  - 也可以擷取能夠發生變化的資訊，例如位深，顏色格式，時序等。如果你改變這些值，    驅動程式將對值進行最佳化，以滿足裝置特性（返回EINVAL，如果你的設定，裝置不支援）
  - 你也可以擷取或設定部分顏色表。 

所有這些特性讓應用程式十分容易的使用裝置。X server可以使用/dev/fb*而不需知道硬體的寄存器是如何組織的。 XF68_FBDev是一個用於位映射（單色）X server，唯一要做的就是在應用程式在相應的位置設定是否顯示。

在新核心中，幀緩衝裝置可以工作於模組中，允許動態載入。這類驅動必須調用register_framebuffer()在系統中註冊。使用模組更方便！

3.幀緩衝解析度設定
幀緩衝的解析度可以用工具fbset設定。他可以改變視頻裝置的顯示模式。主要就是改變當前視頻模式，如在啟動過程中，在/etc/rc.* 或 /etc/init.d/* 檔案中調用，可以把視頻模式從單色顯示變成真彩.
fbset使用儲存在設定檔中的視頻模式資料表，你可以在檔案中增加自己需要的顯示模式。

4.X Server
X server (XF68_FBDev)是對幀緩衝裝置的最主要應用。從XFree86  3.2後，X server就是XFree86 的一部分了，有2個工作模式:
  - 在/etc/XF86Config檔案中，如果`Display'段關於 `fbdev'的配置：
    Modes "default"
    X server 將使用前面討論的，從環境變數$FRAMEBUFFER擷取當前幀緩衝裝置.
    你也可以設定顏色位深，使用Depth關鍵字，使用Virtual設定虛擬解析度。這也是預設設定。
  - 然而你也可以通過設定/etc/XF86Config,改變解析度。這樣有很多靈活性，唯一的    不足就是你必須設定重新整理頻率。可以用fbset -x通過fbset或xvidtune切換顯示模式。

5.視頻模式頻率
CRT顯示器是用3個電子槍轟擊磷粉完成顏色的顯示的。電子
槍從左至右的水平掃描，並從上至下的垂直掃描。通過改變槍的電壓，所顯示的顏色可以不同。當電子槍完成一行掃描重新回到下一行的開始，被稱作“水平折回
”。當一螢幕全部掃描完畢，電子槍將回到最左上腳，被成為“垂直折回”。在折回的途中電子槍是關閉的。電子槍打點的移動速度取決於點時鐘。如果點時鐘是
28.37516 MHz，打一個點需要35242 ps。

    1/(28.37516E6 Hz) = 35.242E-9 s

如果螢幕解析度是640x480，那麼一行的時間是：

        640*35.242E-9 s = 22.555E-6 s

然而水平折回也是需要時間的，通常272個打點時間，因此一行總共需要：

        (640+272)*35.242E-9 s = 32.141E-6 s

我們就認為水平掃描的頻率是31KHz：      

        1/(32.141E-6 s) = 31.113E3 Hz

一螢幕含有480行，加上垂直折回時間49，一屏所需的時間：

        (480+49)*32.141E-6 s = 17.002E-3 s

我們就認為垂直掃描的頻率是59Hz：

        1/(17.002E-3 s) = 58.815 Hz

這也意味著螢幕資料每秒鐘重新整理59次。為了得到穩定的映像顯示效果，VESA垂直掃描頻率不低於72Hz。但是也因人而異，有些人50Hz感覺不到任何問題，有些至少在80Hz以上才可以。
由
於顯示器不知道什麼時候新行開始掃描，顯卡為每一行掃描提供水平同步訊號。類似的，他也為每一幀顯示提供垂直同步訊號。映像在螢幕上點的位置取決於這些同
步訊號的發生時刻。給出了所有時序的概要。水平折回的時間就是左邊空白＋右邊空白＋水平同步長度。垂直折回的時間就是上空白＋下空白＋垂直同步長。 

  +----------+---------------------------------------------+----------+-------+
  |          |                ^                            |          |       |
  |          |                |upper_margin                |          |       |
  |          |                ?                            |          |       |
  +----------###############################################----------+-------+
  |          #                ^                            #          |       |
  |          #                |                            #          |       |
  |          #                |                            #          |       |
  |          #                |                            #          |       |
  |   left   #                |                            #  right   | hsync |
  |  margin  #                |       xres                 #  margin  |  len  |
  |<-------->#<---------------+--------------------------->#<-------->|<----->|
  |          #                |                            #          |       |
  |          #                |                            #          |       |
  |          #                |                            #          |       |
  |          #                |yres                        #          |       |
  |          #                |                            #          |       |
  |          #                |                            #          |       |
  |          #                |                            #          |       |
  |          #                |                            #          |       |
  |          #                |                            #          |       |
  |          #                |                            #          |       |
  |          #                |                            #          |       |
  |          #                |                            #          |       |
  |          #                ?                            #          |       |
  +----------###############################################----------+-------+
  |          |                ^                            |          |       |
  |          |                |lower_margin                |          |       |
  |          |                ?                            |          |       |
  +----------+---------------------------------------------+----------+-------+
  |          |                ^                            |          |       |
  |          |                |vsync_len                   |          |       |
  |          |                ?                            |          |       |
  +----------+---------------------------------------------+----------+-------+

6.把XFree86時序變成frame buffer device時序
典型的顯示模式：

  "800x600"     50      800  856  976 1040    600  637  643  666
< name >     DCF       HR  SH1  SH2  HFL     VR  SV1  SV2  VFL  

而幀緩衝裝置使用下面的參數：

  - pixclock: 點時鐘 in ps (pico seconds)
  - left_margin: time from sync to picture
  - right_margin: time from picture to sync
  - upper_margin: time from sync to picture
  - lower_margin: time from picture to sync
  - hsync_len: length of horizontal sync
  - vsync_len: length of vertical sync

1) Pixelclock:
   xfree: in MHz
   fb: in picoseconds (ps)
   pixclock = 1000000 / DCF

2) horizontal timings:
   left_margin = HFL - SH2
   right_margin = SH1 - HR
   hsync_len = SH2 - SH1

3) vertical timings:
   upper_margin = VFL - SV2
   lower_margin = SV1 - VR
   vsync_len = SV2 - SV1

更好的VESA的例子可以在XFree86的源碼中找到，"xc/programs/Xserver/hw/xfree86/doc/modeDB.txt".

 

幀緩衝裝置的內部資料結構（internals.txt）
Geert Uytterhoeven <geert@linux-m68k.org>, 21 July 1998
翻譯：good02xaut@hotmail.com

       ××××幀緩衝裝置中用到的結構體××××
以下資料結構在幀緩衝裝置使用，定義<linux/fb.h>。       

1. Outside the kernel (user space)

• struct fb_fix_screeninfo
      幀緩衝裝置中裝置無關的常值資料資訊。可以通過Ioctl的FBIOGET_FSCREENINFO擷取。
• struct fb_var_screeninfo
      幀緩衝裝置中裝置無關的變數資料資訊和特定的顯示模式。可以通過iotcl的FBIOGET_VSCREENINFO擷取，並通過ioctl的FBIOPUT_VSCREENINFO設定。還有FBIOPAN_DISPLAY可以用。
• struct fb_cmap
      裝置無關的顏色表資訊。你可以通過ioctl的FBIOGETCMAP 和 FBIOPUTCMAP讀取或設定。

2. Inside the kernel

• struct fb_info
      常規資訊，API以及幀緩衝裝置的底層資訊（主板地址...).
• struct `par'
      唯一指定該裝置的顯示模式的裝置相關資訊。
• struct display
      幀緩衝裝置和控制台驅動之間的介面。

--------------------------------------------------------------------------------

        ***  常用的幀緩衝 API  ***

Monochrome (FB_VISUAL_MONO01 and FB_VISUAL_MONO10)

-------------------------------------------------

每個象素是黑或白。
Pseudo color (FB_VISUAL_PSEUDOCOLOR and FB_VISUAL_STATIC_PSEUDOCOLOR)
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索引顏色顯示
True color (FB_VISUAL_TRUECOLOR)
--------------------------------

真彩顯示，分成紅綠蘭三基色
Direct color (FB_VISUAL_DIRECTCOLOR)
------------------------------------

每個象素顏色也是有紅綠藍組成，不過每個顏色值是個索引，需要查表。
Grayscale displays
------------------

灰階顯示，紅綠藍的值都一樣