Linux的幀緩衝裝置__Linux

參見：

http://blog.ednchina.com/exbob/254847/message.aspx

Linux的幀緩衝裝置

幀緩衝（framebuffer）是 Linux 為顯示裝置提供的一個介面，把顯存抽象後的一種裝置，他允許上層應用程式在圖形模式下直接對顯示緩衝區進行讀寫操作。這種操作是抽象的，統一的。使用者不必關心物理顯存的位置、換頁機制等等具體細節。這些都是由Framebuffer 裝置驅動來完成的。幀緩衝驅動的應用廣泛，在 linux 的案頭系統中，Xwindow 伺服器就是利用幀緩衝進行視窗的繪製。尤其是通過幀緩衝可顯示漢字點陣，成為 Linux漢化的唯一可行方案。

幀緩衝裝置對應的裝置檔案為/dev/fb*，如果系統有多個顯示卡，Linux 下還可支援多個幀緩衝裝置，最多可達 32個，分別為/dev/fb0 到/dev/fb31，而/dev/fb 則為當前預設的幀緩衝裝置，通常指向/dev/fb0。當然在嵌入式系統中支援一個顯示裝置就夠了。幀緩衝裝置為標準字元裝置，主裝置號為29，次裝置號則從0到31。分別對應/dev/fb0-/dev/fb31。

通過/dev/fb，應用程式的操作主要有這幾種：

1．讀/寫（read/write）/dev/fb：相當於讀/寫螢幕緩衝區。例如用 cp /dev/fb0 tmp 命令可將當前螢幕的內容拷貝到一個檔案中，而命令 cp tmp > /dev/fb0 則將圖形檔案tmp顯示在螢幕上。

2．映射（map）操作：由於 Linux 工作在保護模式，每個應用程式都有自己的虛擬位址空間，在應用程式中是不能直接存取物理緩衝區地址的。為此，Linux 在檔案操作 file_operations 結構中提供了 mmap 函數，可將檔案的內容映射到使用者空間。對於幀緩衝裝置，則可通過映射操作，可將螢幕緩衝區的物理地址映射到使用者空間的一段虛擬位址中，之後使用者就可以通過讀寫這段虛擬位址訪問螢幕緩衝區，在螢幕上繪圖了。

3．I/O控制：對於幀緩衝裝置，對裝置檔案的 ioctl操作可讀取/設定顯示裝置及螢幕的參數，如解析度，顯示顏色數，螢幕大小等等。ioctl 的操作是由底層的驅動程式來完成的。

在應用程式中，操作/dev/fb的一般步驟如下：

1．開啟/dev/fb裝置檔案。

2．用 ioctrl 操作取得當前顯示螢幕的參數，如螢幕解析度，每個像素點的位元數。根據螢幕參數可計算螢幕緩衝

區的大小。

3．將螢幕緩衝區映射到使用者空間（mmap）。

4．映射後就可以直接讀寫螢幕緩衝區，進行繪圖和圖片顯示了。

典型程式段如下：

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#include <linux/fb.h>int main(){      int fbfd = 0;    struct fb_var_screeninfo vinfo;    struct fb_fix_screeninfo finfo;    long int screensize = 0;    /*開啟裝置檔案*/    fbfd = open("/dev/fb0", O_RDWR);    /*取得螢幕相關參數*/    ioctl(fbfd, FBIOGET_FSCREENINFO, &finfo);      ioctl(fbfd, FBIOGET_VSCREENINFO, &vinfo);    /*計算螢幕緩衝區大小*/    screensize = vinfo.xres * vinfo.yres * vinfo.bits_per_pixel / 8;    /*映射螢幕緩衝區到使用者地址空間*/    fbp=(char*)mmap(0,screensize,PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_SHARED, fbfd, 0);    /*下面可通過 fbp指標讀寫緩衝區*/    ……    /*釋放緩衝區，關閉裝置*/    munmap(fbp, screensize);    close(fbfd);}

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ioctl操作

ioctl(fbfd, FBIOGET_FSCREENINFO, &finfo)

擷取fb_var_screeninfo結構的資訊，在linux/include/linux/fb.h定義。

ioctl(fbfd, FBIOGET_VSCREENINFO, &vinfo)

擷取fb_fix_screeninfon結構的資訊。在linux/include/linux/fb.h定義。

fbfd為裝置檔案號。

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mmap函數

功能描述：

mmap函數是unix/linux下的系統調用

mmap將一個檔案或者其它對象映射進記憶體。檔案被映射到多個頁上，如果檔案的大小不是所有頁的大小之和，最後一個頁不被使用的空間將會清零。munmap執行相反的操作，刪除特定地址地區的對象映射。

基於檔案的映射，在mmap和munmap執行過程的任何時刻，被對應檔的st_atime可能被更新。如果st_atime欄位在前述的情況下沒有得到更新，首次對映射區的第一個頁索引時會更新該欄位的值。用PROT_WRITE 和 MAP_SHARED標誌建立起來的檔案對應，其st_ctime 和 st_mtime在對映射區寫入之後，但在msync()通過MS_SYNC 和 MS_ASYNC兩個標誌調用之前會被更新。

用法：

#include <sys/mman.h>

void *mmap(void *start, size_t length, int prot, int flags,

int fd, off_t offset);

int munmap(void *start, size_t length);

參數：

start：映射區的開始地址。

length：映射區的長度。

prot：期望的記憶體保護標誌，不能與檔案的開啟模式衝突。是以下的某個值，可以通過or運算合理地組合在一起

PROT_EXEC //頁內容可以被執行

PROT_READ //頁內容可以被讀取

PROT_WRITE //頁可以被寫入

PROT_NONE //頁不可訪問

flags：指定映射對象的類型，映射選項和映射頁是否可以共用。它的值可以是一個或者多個以下位的組合體

MAP_FIXED //使用指定的映射起始地址，如果由start和len參數指定的記憶體區重疊於現存的映射空間，重疊部分將會被丟棄。如果指定的起始地址不可用，操作將會失敗。並且起始地址必須落在頁的邊界上。

MAP_SHARED //與其它所有映射這個對象的進程共用映射空間。對共用區的寫入，相當於輸出到檔案。直到msync()或者munmap()被調用，檔案實際上不會被更新。

MAP_PRIVATE //建立一個寫入時拷貝的私人映射。記憶體地區的寫入不會影響到原檔案。這個標誌和以上標誌是互斥的，只能使用其中一個。

MAP_DENYWRITE //這個標誌被忽略。

MAP_EXECUTABLE //同上

MAP_NORESERVE //不要為這個映射保留交換空間。當交換空間被保留，對映射區修改的可能會得到保證。當交換空間不被保留，同時記憶體不足，對映射區的修改會引起段違例訊號。

MAP_LOCKED //鎖定映射區的頁面，從而防止頁面被交換出記憶體。

MAP_GROWSDOWN //用於堆棧，告訴核心VM系統，映射區可以向下擴充。

MAP_ANONYMOUS //匿名映射，映射區不與任何檔案關聯。

MAP_ANON //MAP_ANONYMOUS的別稱，不再被使用。

MAP_FILE //相容標誌，被忽略。

MAP_32BIT //將映射區放在進程地址空間的低2GB，MAP_FIXED指定時會被忽略。當前這個標誌只在x86-64平台上得到支援。

MAP_POPULATE //為檔案對應通過預讀的方式準備好頁表。隨後對映射區的訪問不會被頁違例阻塞。

MAP_NONBLOCK //僅和MAP_POPULATE一起使用時才有意義。不執行預讀，只為已存在於記憶體中的頁面建立頁表入口。

fd：有效檔案描述詞。如果MAP_ANONYMOUS被設定，為了相容問題，其值應為-1。

offset：被映射對象內容的起點。

返回說明：

成功執行時，mmap()返回被映射區的指標，munmap()返回0。

失敗時，mmap()返回MAP_FAILED[其值為(void *)-1]，munmap返回-1。errno被設為以下的某個值

EACCES：訪問出錯

EAGAIN：檔案已被鎖定，或者太多的記憶體已被鎖定

EBADF：fd不是有效檔案描述詞

EINVAL：一個或者多個參數無效

ENFILE：已達到系統對開啟檔案的限制

ENODEV：指定檔案所在的檔案系統不支援記憶體映射

ENOMEM：記憶體不足，或者進程已超出最大記憶體映射數量

EPERM：權能不足，操作不允許

ETXTBSY：已寫的方式開啟檔案，同時指定MAP_DENYWRITE標誌

SIGSEGV：試著向唯讀區寫入

SIGBUS：試著訪問不屬於進程的記憶體區

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