Linux应用开发【第一章】Framebuffer应用开发

1 Framebuffer应用开发 1.1 LCD Framebuffer操作原理

​ LCD Framebuffer 就是一块显存，在嵌入式系统中，显存是被包含在内存中。LCD Framebuffer里的若干字节（根据驱动程序对LCD控制器的配置而定）表示LCD屏幕中的一个像素点，一一对应整个LCD屏幕。举个例子，LCD屏幕是800*600的分辨率，即LCD屏幕存在480000个像素点，若每个像素点4个字节表示，那么LCD Framebuffer显存大小为480000 *4=960000字节，即1.92MB。因此我们的内存将会分割至少1.92MB的空间用作显存。具体地址在哪里，这个就是又驱动程序去定，应用程序只需直接使用即可，硬件相关操作已由驱动程序封装好。

​ 如上图，我们只需要往Framebuffer中填入不同的值，驱动程序和硬件控制器就会把这些数据传输到对应LCD屏幕上的像素点，从而显示不同的颜色。由此可知，我们应用程序只需要针对Framebuffer操作即可，其他交给驱动程序和硬件。

1.2 Framebuffer API接口 1.2.1 open系统调用

头文件：#include ，#include ，#include

函数原型：

• int open(const char *pathname, int flags);
• int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode);

函数说明：

• pathname 表示打开文件的路径；

• Flags表示打开文件的方式，常用的有以下6种，

  ①：O_RDWR表示可读可写方式打开;

  ②：O_RDONLY表示只读方式打开;

  ③：O_WRONLY表示只写方式打开;

  ④：O_APPEND 表示如果这个文件中本来是有内容的，则新写入的内容会接续到原来内容的后面;

  ⑤：O_TRUNC表示如果这个文件中本来是有内容的，则原来的内容会被丢弃，截断；

  ⑥：O_CREAT表示当前打开文件不存在，我们创建它并打开它，通常与O_EXCL结合使用，当没有文件时创建文件，有这个文件时会报错提醒我们；

Mode表示创建文件的权限，只有在flags中使用了O_CREAT时才有效，否则忽略。

返回值：打开成功返回文件描述符，失败将返回-1。

1.2.2 ioctl系统调用

头文件：#include

函数原型：

• int ioctl(int fd, unsigned long request, …);

函数说明：

• fd 表示文件描述符；
• request表示与驱动程序交互的命令，用不同的命令控制驱动程序输出我们需要的数据；
• … 表示可变参数arg，根据request命令，设备驱动程序返回输出的数据。

返回值：打开成功返回文件描述符，失败将返回-1。

1.2.3 mmap系统调用

头文件：#include

函数原型：

• void *mmap(void *addr, size_t length, int prot, int flags,int fd, off_t offset);

函数说明：

• addr表示指定映射的內存起始地址，通常设为 NULL表示让系统自动选定地址，并在成功映射后返回该地址；

• length表示将文件中多大的内容映射到内存中；

• prot 表示映射区域的保护方式，可以为以下4种方式的组合

  ①PROT_EXEC 映射区域可被执行

  ②PROT_READ 映射区域可被读写

  ③PROT_WRITE 映射区域可被写入

  ④PROT_NONE 映射区域不能存取

• Flags 表示影响映射区域的不同特性，常用的有以下两种

  ①MAP_SHARED 表示对映射区域写入的数据会复制回文件内，原来的文件会改变。

  ②MAP_PRIVATE 表示对映射区域的操作会产生一个映射文件的复制，对此区域的任何修改都不会写回原来的文件内容中。

返回值：若成功映射，将返回指向映射的区域的指针，失败将返回-1。

1.3 在LCD上描点操作 1.3.1 在LCD上显示点阵理论基础

​ 如上图，当我们需要显示一个字母‘A’时，是通过判断点阵的每一个位数值状态，来填充颜色，达到显示字符效果。其中‘1’表示一种颜色，‘0’表示填充另一种颜色。上图的是8*16的点阵，我们也可以用其他不同大小点阵，只要有这个点阵，我们就可以在LCD上面描点，达到显示字符的效果。

1.3.2 获取fb_var_screeninfo结构体

​ 在用点阵显示字符之前，我们需要先从设备fb0中获取相关的LCD信息，下图截取我们将用到的fb_info结构体部分内容。

​ 通过系统调用ioctl，获取xres(x方向总像素点)，yres（y方向总像素点），bits_per_pixel（每个像素点占据的位数），根据获取的三个资源，外加点阵，根据这四个资源，我们就可以显示一个字符。

程序文件：show_ascii.c

4718        fd_fb = open("/dev/fb0", O_RDWR);
4719        if (fd_fb > 16) & 0xff;
4663				green = (color >> 8) & 0xff;
4664				blue  = (color >> 0) & 0xff;
4665				color = ((red >> 3)  2)  3);
4666				*pen_16 = color;
4667				break;
4668			}
4669			case 32:
4670			{
4671				*pen_32 = color;
4672				break;
4673			}
4674			default:
4675			{
4676				printf("can't surport %dbpp\n", var.bits_per_pixel);
4677				break;
4678			}
4679		}
4680	}

​ 根据设备fb0实际的bits_per_pixel值，选择对应的pen（pen_8，pen_16，pen_32其中一个），最后把color颜色变量传入选择的pen中。

1.4 在LCD上使用点阵写字 1.4.1 在LCD上显示英文字母

①找出英文字母在点阵数组中的地址，c所代表的是一个英文字母（ASCII值）。

程序文件：show_ascii.c

4693		unsigned char *dots = (unsigned char *)&fontdata_8x16[c*16];

②根据获得的英文字母点阵，每一位依次判断，描点，‘1’表示白色，‘0’表示黑色。

​ 根据上图，我们分析下如何利用点阵在LCD上显示一个英文字母，因为有十六行，所以首先要有一个循环16次的大循环，然后每一行里有8位，那么在每一个大循环里也需要一个循环8次的小循环，小循环里的判断单行的描点情况，如果是1，就填充白色，如果是0就填充黑色，如此一来，就可以显示出黑色底，白色轮廓的英文字母。

程序文件：show_ascii.c

4697		for (i = 0; i = 0; b--)
4701			{
4702				if (byte & (1buffer[q * bitmap->width + p]);
  
⑥编译C程序文件freetype_show_font.c
 
编译命令：arm-linux-gnueabihf-gcc -finput-charset=GBK -fexec-charset=GBK -o freetype_show_font freetype_show_font.c -lfreetype -lm
 
⑦将编译好的freetype_show_font的文件与simsun.ttc字体文件拷贝至开发板，simsun.ttc字体文件放在freetype_show_font执行文件的上一层目录下，执行以下命令。
 
执行命令：./freetype_show_font …/simsun.ttc
 
如果实验成功，我们将看到屏幕中间会比之前实验多出一个蓝色的‘繁’字。
 
1.5.3 在LCD上令矢量字体旋转某个角度 
在实现显示一个矢量字体后，我们可以添加让该字旋转某个角度的功能。
 
我们根据输入的第二个参数，判断其旋转角度，主要代码还是参照example1.c
 
 
根据上图，增加旋转角度功能，旋转的角度由执行命令的第二个参数指定。
 
程序文件：freetype_show_font_angle.c
 
		/* use 25 degrees */
4894	angle = ( 1.0 * strtoul(argv[2], NULL, 0) / 360 ) * 3.14159 * 2;

4895	/* set up matrix */
4896	matrix.xx = (FT_Fixed)( cos( angle ) * 0x10000L );
4897	matrix.xy = (FT_Fixed)(-sin( angle ) * 0x10000L );
4898	matrix.yx = (FT_Fixed)( sin( angle ) * 0x10000L );
4899	matrix.yy = (FT_Fixed)( cos( angle ) * 0x10000L );
4900
4901    /* set transformation */
4902    FT_Set_Transform( face, &matrix, &pen);
 
最后编译，在开发板上运行
 
编译命令如下：
 
编译命令：arm-linux-gnueabihf-gcc -finput-charset=GBK -fexec-charset=GBK -o freetype_show_font_angle freetype_show_font_angle.c -lfreetype -lm
 
编译出的文件名为freetype_show_font_angle，将文件拷贝至开发板
 
在含有该文件的目录下执行以下命令，以下命令正确执行前提是执行文件freetype_show_font在此目录，而且字体文件simsun.ttc，在上一级目录：
 
执行命令：./freetype_show_font_angle …/simsun.ttc 90
 
如果实验成功，我们将看到屏幕中间的蓝色‘繁’字，旋转了90度。