怎樣寫Linux LCD 驅動程序

基本原理

• 經過 framebuffer ，應用程序用 mmap 把顯存映射到應用程序虛擬地址空間，將要顯示的數據寫入這個內存空間就能夠在屏幕上顯示出來；
• 驅動程序分配系統內存做爲顯存；實現 file_operations 結構中的接口，爲應用程序服務；實現 fb_ops 結構中的接口，控制和操做 LDC 控制器；
• 驅動程序將顯存的起始地址和長度傳給 LCD 控制器的寄存器 (通常由 fb_set_var 完成) ， LDC 控制器會自動的將顯存中的數據顯示在 LCD 屏上。

寫 framebuffer 驅動程序要作什麼

• 簡單的講，framebuffer 驅動的功能就是分配一塊內存做顯存，而後對 LCD 控制器的寄存器做一些設置。
• 具體來講：
  1. 填充一個 fbinfo 結構
  2. 用 reigster_framebuffer (fbinfo*) 將 fbinfo 結構註冊到內核
• 對於 fbinfo 結構，最主要的是它的 fs_ops 成員，須要針對具體設備實現 fs_ops 中的接口
• 考慮是否使用中斷處理
• 考慮內存訪問方式
  1. 顯卡不自帶顯存的，分配系統內存做爲顯存
  2. 顯卡自帶顯存的，用 I/O 內存接口進行訪問 (request_mem_region / ioremap)，
• 關於如何寫驅動的參考資料，在網站 http: /linux-fbdev.sourceforge.net/HOWTO/index.html 能夠找到 "Linux Frame buffer Driver Writing HOWTO"

LCD 模塊 \ 驅動程序 \ 控制器

關於LCD 設備資料可參考以下資料：

• Datasheet of LCD device
• 書：液晶顯示技術
• 書：液晶顯示器件

什麼是 frame buffer 設備

frame buffer 設備是圖形硬件的抽象，它表明了圖形硬件的偵緩衝區，容許應用程序經過指定的接口訪問圖形硬件。所以，應用程序沒必要關心底層硬件細節。

設備經過特定的設備節點訪問，一般在 /dev 目錄下，如 /dev/fb*。

更 多關於 frame buffer device 的資料能夠在如下兩個文件中找到： linux /Documentation/fb/framebuffer.txt 和 linux /Documentation/fb /interal.txt，但這些資料內容很少，還須要看看結合代碼具體分析。

Linux Frame Buffer 驅動程序層次結構

Frame Buffer 設備驅動能夠從三個層次來看：

1. 應用程序與系統調用；
2. 適用於全部設備的通用代碼，避免重複，包括 file_operations 結構、register/unregister framebuffer 接口等；
3. 操做具體硬件的代碼，主要是 fs_ops 結構。

在 Linux 內核中，Frame Buffer 設備驅動的源碼主要在如下兩個文件中，它們處於 frame buffer 驅動體系結構的中間層，它爲上層的用戶程序提供系統調用，也爲底層特定硬件驅動提供了接口:

1. linux/inlcude/fb.h
2. linux/drivers/video/fbmem.c

數據結構

頭文件 fb.h 定義了全部的數據結構：

• fb_var_screeninfo：描述了一種顯卡顯示模式的全部信息，如寬、高、顏色深度等，不一樣的顯示模式對應不一樣的信息；
• fb_fix_screeninfo：定義了顯卡信息，如 framebuffer 內存的起始地址，地址長度等；
• fb_cmap：設備獨立的 colormap 信息，能夠經過 ioctl 的 FBIOGETCMAP 和 FBIOPUTCMAP 命令設置 colormap；
• fb_info：包含當前 video card 的狀態信息，只有 fb_info 對內核可見；
• fb_ops ： 應用程序使用 ioctl 系統調用操做底層的 LCD 硬件，fb_ops 結構中定義的方法用於支持這些操做；
• 這些結構相互之間的關係以下所示：

framebuffer 驅動主要數據結構

接口

fbmem.c 實現了全部驅動使用的通用代碼，避免了重複。

全局變量：

struct fb_info *registered_fb [FB_MAX]
     int num_registered_fb;

這個兩個變量用於記錄正在使用的 fb_info 結構實例。fb_info 表明 video card 的當前狀態，全部的 fb_info 結構都放在數組中。當一個 frame buffer 在內核中登記時，一個新的 fb_info 結構被加入該數組，num_registered_fb 加 1。

fb_drivers 數組：

static struct {
    const char *name;
    int (*init)(void);
    int (*setup)(void);
} fb_drivers[] __initdata= { ....};

若 frame buffer 驅動程序是靜態連接到內核中，一個新的 entry 必需要加到這個表中。 若該驅動程序是使用 insmod/rmmod 動態加載到內核，則沒必要關心這個結構。

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
};

這是用戶應用程序的接口，fbmem.c 實現了這些函數。

register/unregister framebuffer：

register_framebuffer(struct fb_info *fb_info)
 unregister_framebuffer(struct fb_info *fb_info)

這是底層 frame buffer 設備驅動程序的接口。驅動程序使用這對函數實現註冊和撤銷操做。底層驅動程序的工做基本上是填充 fb_info 結構，而後註冊它。

一個 LCD controller 驅動程序

實現一個 LCD controller 驅動程序主要作以下兩步：

• 分配系統內存做顯存
• 根據具體的硬件特性，實現 fb_ops 的接口
• 在 linux/drivers/fb/skeletonfb.c 中有一個 frame buffer 驅動程序的框架，它示例了怎樣用不多的代碼實現一個 frame buffer 驅動程序。

分配系統內存做爲顯存

因爲大多數 LDC controller 沒有本身的顯存，須要分配一塊系統內存做爲顯存。這塊系統內存的起始地址和長度以後會被存放在 fb_fix_screeninfo 的 smem_start 和 smem_len 域中。該內存應該是物理上連續的。

對於帶獨立顯存的顯卡，使用 request_mem_region 和 ioremap 將顯卡外設內存映射處處理器虛擬地址空間。

實現 fb_ops 結構

目前尚未討論的 file_operations 方法是 ioctl ()。用戶應用程序使用 ioctrl 系統調用操做 LCD 硬件。fb_ops 結構中定義的方法爲這些操做提供支持。注意， fb_ops 結構不是 file_operations 結構。fb_ops 是底層操做的抽象，而 file_operations 爲上層系統調用接口提供支持。

下面考慮須要實現哪些方法。ioctl 命令和 fb_ops 結構中的接口之間的關係以下所示：

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

只要咱們實現了那些 fb_XXX 函數，那麼用戶應用程序就可使用 FBIOXXXX 宏來操做 LDC 硬件了。那怎麼實現那些接口呢？能夠參考下 linux/drivers/video 目錄下的驅動程序。

在衆多接口中， fb_set_var 是最重要的。它用於設置 video mode 等信息。下面是實現 fb_set_var 函數的通用步驟：

1. 檢查是否有必要設置 mode
2. 設置 mode
3. 設置 colormap
4. 根據上面的設置從新配置 LCD controller 寄存器

其中第四步是底層硬件操做。