怎样写 Linux LCD 驱动程序

作者: 刘鹏

日期: 2008-12-27

本文分析了frame buffer 设备驱动的主要数据结构，在此基础上介绍了LCD驱动程序的开发。

基本原理 通过 framebuffer ，应用程序用 mmap 把显存映射到应用程序虚拟地址空间，将要显示的数据写入这个内存空间就可以在屏幕上显示出来； 驱动程序分配系统内存作为显存；实现 file_operations 结构中的接口，为应用程序服务；实现 fb_ops 结构中的接口，控制和操作 LDC 控制器； 驱动程序将显存的起始地址和长度传给 LCD 控制器的寄存器 (一般由 fb_set_var 完成) ， LDC 控制器会自动的将显存中的数据显示在 LCD 屏上。 写 framebuffer 驱动程序要做什么 简单的讲，framebuffer 驱动的功能就是分配一块内存作显存，然后对 LCD 控制器的寄存器作一些设置。 具体来说： 填充一个 fbinfo 结构 用 reigster_framebuffer (fbinfo*) 将 fbinfo 结构注册到内核 对于 fbinfo 结构，最主要的是它的 fs_ops 成员，需要针对具体设备实现 fs_ops 中的接口 考虑是否使用中断处理 考虑内存访问方式 显卡不自带显存的，分配系统内存作为显存 显卡自带显存的，用 I/O 内存接口进行访问 (request_mem_region / ioremap)， 关于如何写驱动的参考资料，在网站 http: /linux-fbdev.sourceforge.net/HOWTO/index.html 可以找到 "Linux Frame buffer Driver Writing HOWTO" LCD 模块 / 驱动程序 / 控制器 关于LCD 设备资料可参考如下资料： Datasheet of LCD device 书：液晶显示技术 书：液晶显示器件 什么是 frame buffer 设备 frame buffer 设备是图形硬件的抽象，它代表了图形硬件的侦缓冲区，允许应用程序通过指定的接口访问图形硬件。因此，应用程序不必关心底层硬件细节。 设备通过特定的设备节点访问，通常在 /dev 目录下，如 /dev/fb*。 更多关于 frame buffer device 的资料可以在以下两个文件中找到： linux /Documentation/fb/framebuffer.txt 和 linux /Documentation/fb /interal.txt，但这些资料内容不多，还需要看看结合代码具体分析。 Linux Frame Buffer 驱动程序层次结构 Frame Buffer 设备驱动可以从三个层次来看： 应用程序与系统调用； 适用于所有设备的通用代码，避免重复，包括 file_operations 结构、register/unregister framebuffer 接口等； 操作具体硬件的代码，主要是 fs_ops 结构。 在 Linux 内核中，Frame Buffer 设备驱动的源码主要在以下两个文件中，它们处于 frame buffer 驱动体系结构的中间层，它为上层的用户程序提供系统调用，也为底层特定硬件驱动提供了接口: linux/inlcude/fb.h linux/drivers/video/fbmem.c 数据结构 头文件 fb.h 定义了所有的数据结构： fb_var_screeninfo：描述了一种显卡显示模式的所有信息，如宽、高、颜色深度等，不同的显示模式对应不同的信息； fb_fix_screeninfo：定义了显卡信息，如 framebuffer 内存的起始地址，地址长度等； fb_cmap：设备独立的 colormap 信息，可以通过 ioctl 的 FBIOGETCMAP 和 FBIOPUTCMAP 命令设置 colormap； fb_info：包含当前 video card 的状态信息，只有 fb_info 对内核可见； fb_ops ： 应用程序使用 ioctl 系统调用操作底层的 LCD 硬件，fb_ops 结构中定义的方法用于支持这些操作； 这些结构相互之间的关系如下所示：                                                          framebuffer 驱动主要数据结构 接口 fbmem.c 实现了所有驱动使用的通用代码，避免了重复。 全局变量： struct fb_info *registered_fb [FB_MAX] int num_registered_fb; 这个两个变量用于记录正在使用的 fb_info 结构实例。fb_info 代表 video card 的当前状态，所有的 fb_info 结构都放在数组中。当一个 frame buffer 在内核中登记时，一个新的 fb_info 结构被加入该数组，num_registered_fb 加 1。 fb_drivers 数组： static struct { const char *name; int (*init)(void); int (*setup)(void); } fb_drivers[] __initdata= { ....}; 若 frame buffer 驱动程序是静态链接到内核中，一个新的 entry 必须要加到这个表中。 若该驱动程序是使用 insmod/rmmod 动态加载到内核，则不必关心这个结构。 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 }; 这是用户应用程序的接口，fbmem.c 实现了这些函数。 register/unregister framebuffer： register_framebuffer(struct fb_info *fb_info) unregister_framebuffer(struct fb_info *fb_info) 这是底层 frame buffer 设备驱动程序的接口。驱动程序使用这对函数实现注册和撤销操作。底层驱动程序的工作基本上是填充 fb_info 结构，然后注册它。 一个 LCD controller 驱动程序 实现一个 LCD controller 驱动程序主要做如下两步： 分配系统内存作显存 根据具体的硬件特性，实现 fb_ops 的接口 在 linux/drivers/fb/skeletonfb.c 中有一个 frame buffer 驱动程序的框架，它示例了怎样用很少的代码实现一个 frame buffer 驱动程序。 分配系统内存作为显存 由于大多数 LDC controller 没有自己的显存，需要分配一块系统内存作为显存。这块系统内存的起始地址和长度之后会被存放在 fb_fix_screeninfo 的 smem_start 和 smem_len 域中。该内存应该是物理上连续的。 对于带独立显存的显卡，使用 request_mem_region 和 ioremap 将显卡外设内存映射到处理器虚拟地址空间。 实现 fb_ops 结构 目前还没有讨论的 file_operations 方法是 ioctl ()。用户应用程序使用 ioctrl 系统调用操作 LCD 硬件。fb_ops 结构中定义的方法为这些操作提供支持。注意， fb_ops 结构不是 file_operations 结构。fb_ops 是底层操作的抽象，而 file_operations 为上层系统调用接口提供支持。 下面考虑需要实现哪些方法。ioctl 命令和 fb_ops 结构中的接口之间的关系如下所示： 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 只要我们实现了那些 fb_XXX 函数，那么用户应用程序就可以使用 FBIOXXXX 宏来操作 LDC 硬件了。那怎么实现那些接口呢？可以参考下 linux/drivers/video 目录下的驱动程序。 在众多接口中， fb_set_var 是最重要的。它用于设置 video mode 等信息。下面是实现 fb_set_var 函数的通用步骤： 检查是否有必要设置 mode 设置 mode 设置 colormap 根据上面的设置重新配置 LCD controller 寄存器 其中第四步是底层硬件操作。 Reference Writing Linux LCD drivers―深入分析framebuffer设备驱动的结构 Linux Frame Buffer Driver HOWTO s3c2410_lcd frame buffer 驱动分析 Linux 2.6 Device Model Linux 2.6 内核设备模型