4 linux lcd驱动框架分析

4 linux lcd驱动框架

Linux内核中lcd的驱动是基于帧缓冲framebuffer驱动框架设计的。帧缓冲framebuffer框架是在linux2.2.xx以后的版本中为显示设备提供的一种驱动程序接口，它将显示缓冲区framebuffer进行抽象，屏蔽掉硬件的底层差异，允许上层应用程序在图形模式下直接对显示缓冲区framebuffer进行读写和I/O控制操作。Framebuffer机制模仿显卡的功能，将显卡硬件抽象为一系列的数据结构，通过framebuffer的读写实现对显存的操作。用户可将他看成是显示内存的一个映像，将其映射到进程地址空间，就可以进行读写操作，而读写操作可反映到屏幕上。

framebuffer是个字符设备，主设备号是29，对应/dev/fb%d设备文件。

Linux内核中，framebuffer设备驱动的源码主要包含在includelinuxFb.h和driversvideoFbmem.h文件中。这两个文件是framebuffer设备驱动框架的中间层，为上层提供系统调用，为底层驱动提供接口。

下面就从这两个文件入手，开始分析framebuffer驱动程序的框架。

首先，从driversvideoFbmem.h的入口函数开始，module_init(fbmem_init)。分析fbmem_init的代码。

  1. static int __init  
  2. fbmem_init(void)  
  3. {  
  4.     create_proc_read_entry("fb", 0, NULL, fbmem_read_proc, NULL);  
  5.     
  6.     if (register_chrdev(FB_MAJOR,"fb",&fb_fops))  //注册一个字符设备
  7.         printk("unable to get major %d for fb devs ", FB_MAJOR);  
  8.     
  9.     fb_class = class_create(THIS_MODULE, "graphics");  //创建一个类
  10.     if (IS_ERR(fb_class)) {  
  11.         printk(KERN_WARNING "Unable to create fb class; errno = %ld ", PTR_ERR(fb_class));  
  12.         fb_class = NULL;  
  13.     }  
  14.     return 0;  
  15. }  

从上述代码可以看到，fbmem_init函数实现的工作和之前编写驱动程序时入口函数的工作相同。其中，

（1）、代码第6行，调用register_chrdev注册设备。FB_MAJOR主设备号，在Fb.h文件中定义为29。"fb"为设备名称。fb_fops是定义的file_operations结构体，包含了read、write、ioctl等和硬件相关的接口函数。

（2）、代码第9行，创建一个名为"graphics"的类。

用户通过open 函数打开设备，这里就是调用fb_open函数，下面来分析fb_open函数。

  1. static int  
  2. fb_open(struct inode *inode, struct file *file)  
  3. {  
  4.     int fbidx = iminor(inode);  //得到次设备号
  5.     struct fb_info *info;       //定义一个fb_info类型的结构体指针
  6.     int res = 0;  
  7.     
  8.     if (fbidx >= FB_MAX)  
  9.         return -ENODEV;  
  10. #ifdef CONFIG_KMOD  
  11.     if (!(info = registered_fb[fbidx]))  
  12.         try_to_load(fbidx);  
  13. #endif /* CONFIG_KMOD */  
  14.     if (!(info = registered_fb[fbidx]))  //指针指向registered_fb[fbidx]
  15.         return -ENODEV;  
  16.     if (!try_module_get(info->fbops->owner))  
  17.         return -ENODEV;  
  18.     file->private_data = info;  
  19.     if (info->fbops->fb_open) {  
  20.         res = info->fbops->fb_open(info,1);  //调用registered_fb[fbidx]-> fbops->fb_open
  21.         if (res)  
  22.             module_put(info->fbops->owner);  
  23.     }  
  24.     return res;  
  25. }  
    1. 代码第4行，得到设备的次设备号fbidx 。
    2. 代码第5行，定义一个fb_info类型的结构体指针。
    3. 代码第14行，将第5行定义的指针info指向以次设备号为索引的registered_fb[fbidx]数组成员。
    4. 代码第20行，调用registered_fb[fbidx]-> fbops->fb_open打开函数。

由上述代码分析可知，registered_fb[fbidx]才是最终被用户空间调用的接口函数。那么数组registered_fb[]又是被谁赋值的，在哪里赋值呢？猜测一下，因为registered_fb[]数组中存放的就是和硬件相关的接口函数，所以应该在驱动层会有相关的注册函数，将实际的硬件接口和registered_fb[]数组关联起来。

通过搜索registered_fb，发现在register_framebuffer函数中有关于该数组的赋值操作。接下来来看看函数register_framebuffer。

  1. int  
  2. register_framebuffer(struct fb_info *fb_info)  
  3. {  
  4.     int i;  
  5.     struct fb_event event;  
  6.     struct fb_videomode mode;  
  7.     
  8.     if (num_registered_fb == FB_MAX)  
  9.         return -ENXIO;  
  10.     num_registered_fb++;  
  11.     for (i = 0 ; i < FB_MAX; i++)  
  12.         if (!registered_fb[i])  
  13.             break;  
  14.     fb_info->node = i;  
  15.     
  16.     fb_info->dev = device_create(fb_class, fb_info->device,  
  17.                      MKDEV(FB_MAJOR, i), "fb%d", i);  
  18.     if (IS_ERR(fb_info->dev)) {  
  19.         /* Not fatal */  
  20.         printk(KERN_WARNING "Unable to create device for framebuffer %d; errno = %ld ", i, PTR_ERR(fb_info->dev));  
  21.         fb_info->dev = NULL;  
  22.     } else  
  23.         fb_init_device(fb_info);  
  24.     
  25.     if (fb_info->pixmap.addr == NULL) {  
  26.         fb_info->pixmap.addr = kmalloc(FBPIXMAPSIZE, GFP_KERNEL);  
  27.         if (fb_info->pixmap.addr) {  
  28.             fb_info->pixmap.size = FBPIXMAPSIZE;  
  29.             fb_info->pixmap.buf_align = 1;  
  30.             fb_info->pixmap.scan_align = 1;  
  31.             fb_info->pixmap.access_align = 32;  
  32.             fb_info->pixmap.flags = FB_PIXMAP_DEFAULT;  
  33.         }  
  34.     }     
  35.     fb_info->pixmap.offset = 0;  
  36.     
  37.     if (!fb_info->pixmap.blit_x)  
  38.         fb_info->pixmap.blit_x = ~(u32)0;  
  39.     
  40.     if (!fb_info->pixmap.blit_y)  
  41.         fb_info->pixmap.blit_y = ~(u32)0;  
  42.     
  43.     if (!fb_info->modelist.prev || !fb_info->modelist.next)  
  44.         INIT_LIST_HEAD(&fb_info->modelist);  
  45.     
  46.     fb_var_to_videomode(&mode, &fb_info->var);  
  47.     fb_add_videomode(&mode, &fb_info->modelist);  
  48.     registered_fb[i] = fb_info;  
  49.     
  50.     event.info = fb_info;  
  51.     fb_notifier_call_chain(FB_EVENT_FB_REGISTERED, &event);  
  52.     return 0;  
  53. }  

首先我们来看一下结构体fb_info，他是linux内核中为实现framebuffer驱动框架定义的驱动层接口，在Fb.h文件中定义。它包含了许多底层函数，还包括了有关设备状态的数据。每一个framebuffer设备都与一个fb_info结构体相对应。其代码如下：

（1）node成员代表framebuffer设备的次设备号；

（2）fb_var_screeninfo结构体是用户可修改的显示控制器参数；

  1. struct fb_var_screeninfo {  
  2.     __u32 xres;         /* visible resolution       */  
  3.     __u32 yres;  
  4.     __u32 xres_virtual;     /* virtual resolution       */  
  5.     __u32 yres_virtual;  
  6.     __u32 xoffset;          /* offset from virtual to visible */  
  7.     __u32 yoffset;          /* resolution           */  
  8.     
  9.     __u32 bits_per_pixel;       /* guess what           */  
  10.     __u32 grayscale;        /* != 0 Graylevels instead of colors */  
  11.     
  12.     struct fb_bitfield red;     /* bitfield in fb mem if true color, */  
  13.     struct fb_bitfield green;   /* else only length is significant */  
  14.     struct fb_bitfield blue;  
  15.     struct fb_bitfield transp;  /* transparency         */    
  16.     
  17.     ......  
  18. };  

（3）fb_fix_screeninfo成员主要记录用户不能修改的显示控制器参数；

（4）fbops结构体是提供给底层设备的一个接口，上面提到的open函数，就是该结构体的成员。编写字符设备驱动时就需要实现一个file_operations结构体，和这个结构体的作用类似。

（1）、代码第16行，在类下面创建一个设备；

（2）、代码第23行，初始化刚刚创建的设备；

（3）、代码第26行，申请一个framebuffer空间；

（4）、代码第27~47行，对申请的framebuffer空间进行配置；

（5）、代码第48行，将已经配置好的fb_info节点放到registered_fb[]数组中。

由上述分析可知，register_framebuffer函数主要用于生成一个新的fb_info节点，并将其存放到registered_fb[]数组中。那么该函数由谁调用呢？

搜索register_framebuffer函数，在s3c2410fb.c文件中，发现s3c2410fb_probe函数调用了注册函数。

那么这里就以s3c2410fb.c为例，来分析一下lcd驱动。

首先进入drivers/video/s3c2410fb.c文件中，从入口函数s3c2410fb_init开始。

  1. int __devinit s3c2410fb_init(void)  
  2. {  
  3.     return platform_driver_register(&s3c2410fb_driver);  
  4. }  

入口函数中通过调用platform_driver_register函数注册平台驱动设备，说明该驱动时基于bus-drv-dev模型的，那么就将重点集中到probe函数上，即s3c2410fb_probe。

  1. static int __init s3c2410fb_probe(struct platform_device *pdev)  
  2. {  
  3.     struct s3c2410fb_info *info;  
  4.     struct fb_info     *fbinfo;  
  5.     struct s3c2410fb_hw *mregs;  
  6.     int ret;  
  7.     int irq;  
  8.     int i;  
  9.     u32 lcdcon1;  
  10.   //根据平台设备，获得某些硬件相关的信息
  11.     mach_info = pdev->dev.platform_data;  
  12.     mregs = &mach_info->regs;  
  13.     irq = platform_get_irq(pdev, 0);  
  14.      //（1）申请一个 framebuffer空间
  15.     fbinfo = framebuffer_alloc(sizeof(struct s3c2410fb_info), &pdev->dev);  
  16.      //（2）设置fbinfo
  17.     info = fbinfo->par;  
  18.     info->fb = fbinfo;  
  19.     info->dev = &pdev->dev;  
  20.         .....  
  21.   //（3）硬件相关的操作，设置中断，lcd时钟，显存地址，
  22.     ret = request_irq(irq, s3c2410fb_irq, IRQF_DISABLED, pdev->name, info);  
  23.     info->clk = clk_get(NULL, "lcd");  
  24.     clk_enable(info->clk);  
  25.     msleep(1);  
  26.     
  27.     /* Initialize video memory */  
  28.     ret = s3c2410fb_map_video_memory(info);  
  29.     ret = s3c2410fb_init_registers(info);  
  30.     ret = s3c2410fb_check_var(&fbinfo->var, fbinfo);  
  31.   //（4）注册fbinfo结构体
  32.     ret = register_framebuffer(fbinfo);  
  33.     if (ret < 0) {  
  34.         printk(KERN_ERR "Failed to register framebuffer device: %d ", ret);  
  35.         goto free_video_memory;  
  36.     }  
  37.     /* create device files */  
  38.     device_create_file(&pdev->dev, &dev_attr_debug);  
  39.     return 0;  
  40.        .....  
  41. }  

分析s3c2410fb_probe函数，大致可以梳理出framebuffer驱动的编写流程：

  1. 申请一个fbinfo 结构体空间；
  2. 设置fbinfo ；
  3. 硬件相关的操作；
  4. 注册fbinfo 。
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