深入了解 Linux Frame Buffer 技术 (linux frame buffer)

为了实现图形化显示，现代操作系统都会使用图形窗口管理器，如 GNOME 和 KDE。然而，许多嵌入式系统无法支持这些图形窗口管理器，因为它们具有较高的资源需求（如内存和处理器），以及对高端图形硬件的依赖。

为了解决这个问题，Linux 内核引入了 Frame Buffer 技术。Frame Buffer 是一种基于内存映射 I/O 的屏幕显示机制，可以将嵌入式系统中的图形输出直接呈现在屏幕上。

在本文中，我们将的实现原理和使用方法。

1. Frame Buffer 的优点

Frame Buffer 技术在嵌入式系统中具有以下几个优点：

1.1 可扩展性

Frame Buffer 技术在 Linux 内核中作为一个内核模块实现，可以根据硬件的不同进行扩展。

1.2 易于使用

Linux 内核已经为 Frame Buffer 提供了一组 API 接口，可以方便地在应用程序中使用。

1.3 处理速度快

与 X11 或其他图形窗口管理器相比，Frame Buffer 的处理速度更快，响应更快。

2. Frame Buffer 技术的实现原理

Frame Buffer 技术的实现原理非常简单。

Frame Buffer 是基于内存映射的 I/O 方式来访问显存的。在 Linux 中，显存被映射到 /dev/fb0 文件中。应用程序可以给 /dev/fb0 发送一个 ioctl 调用，以获得显存的物理地址。然后，应用程序可以使用 mmap 系统调用将显存映射到内存中。

一旦显存映射到内存中，应用程序就可以将其视为一块常规的内存块，可以将任意像素值写入其中。显卡会自动将这些像素值转换为屏幕上的实际像素点。

3. Frame Buffer 技术的使用方法

3.1 激活 Frame Buffer

在 Linux 中，Frame Buffer 默认是被禁用的。要启用它，需要在内核命令行参数中添加 fbcon=map:10。

例如，在 Grub 的启动菜单中，您可以按 e 键编辑启动项，然后在 kernel 行的末尾添加 fbcon=map:10。然后按 Ctrl + X 启动系统即可。

3.2 映射显存

要在应用程序中使用 Frame Buffer，需要将显存映射到内存中。下面是一个映射 Frame Buffer 的示例代码：

“`

int fd = open(“/dev/fb0”, O_RDWR);

struct fb_var_screeninfo var_info;

ioctl(fd, FBIOGET_VSCREENINFO, &var_info);

int screensize = var_info.xres * var_info.yres * var_info.bits_per_pixel / 8;

char *fbp = (char *) mmap(0, screensize, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, (off_t) 0);

“`

上面的代码中，我们首先打开 /dev/fb0 设备文件，然后使用 ioctl 调用获取显存的大小和分辨率。使用 mmap 系统调用将显存映射到内存中。

3.3 绘制屏幕

一旦显存映射到内存中，就可以将需要绘制的信息写入其中。以下是一个简单的绘制直线和矩形的示例代码：

“`

// 绘制一条直线

int x0 = 100, y0 = 100, x1 = 200, y1 = 200;

for(int x = x0; x

int y = y0 + (y1 – y0) * (x – x0) / (x1 – x0);

*(fbp + y * var_info.xres * var_info.bits_per_pixel / 8 + x * var_info.bits_per_pixel / 8) = 0xFF;

}

// 绘制一个矩形

int x = 300, y = 200, w = 100, h = 100;

for(int j = y; j

for(int i = x; i

*(fbp + j * var_info.xres * var_info.bits_per_pixel / 8 + i * var_info.bits_per_pixel / 8) = 0xFF;

}

}

“`

上面的代码中，我们先通过 for 循环绘制了一条从 (100,100) 到 (200,200) 的直线。然后绘制了一个坐标为 (300,200)，宽度为 100，高度为 100 的矩形。

4. 结论

Linux Frame Buffer 技术是一种简单而有效的在嵌入式系统中实现图形化显示的方法。本文介绍了 Frame Buffer 的实现原理和使用方法，希望读者在将来的嵌入式系统开发中能够灵活运用 Frame Buffer 技术。

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补充信息：实现了framebuffer，但没有上任何的gui，仅可以通过写framebuffer刷图片／绘图。现在是想实现在设备上实现一些简单的文本终端用于其他驱动的测试，所以选择了ncurses。个人考虑是：感觉ncurses是基于终端设备的，是不是需要先实现一个虚拟终端在framebuffer上显示，然后在此终端上运行相应的ncurses程序即可？这样就不需要对ncurses做任何修改。这样新的问题是：怎样让framebuffer运行终端？目前在小心求证，也求了解的高手们给个思路，谢谢！问题解决：1）framebuffer中有一个叫framebuffer console的模块，把LCD驱动实现为标准的framebuffer，然后支持framebuffer console模块，实现为一个tty设备。2）在framebuffer console中支持硬件设备中的按键输入，可能要做一些按键映射的工作。3）写一个加载应用的程序，把标准输入输出定向到相应的tty设备，并且设定一些必须的环境变量，如ncurses使用的TERM和TERMINFO等变量（具体作用请查《UNIX Linux下curses库开发指南》）。4）通过加载程序，使用exec执行实现的ncurses应用即可。当然，因为ncurses是基于终端的，即使没有framebuffer console，不需要输出到lcd，通过远程连接到终端（通过telnet/ssh等），也是一样可以使用ncurses库的，条件仅是增加TERMINFO的支持即可，应用部分的代码可以完全不需要修改。 查看更多答案>>

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