《精通linux设备驱动程序开发》——视频驱动程序

嵌入式显示与Linux视频子系统
本文介绍嵌入式设备的显示架构,包括不同分辨率标准如VGA、SVGA及QVGA等,同时深入探讨Linux视频子系统的工作原理,涉及帧缓冲概念、显示参数配置以及帧缓冲API等内容。

一、显示架构

  1、PC系统的显示连接。(P247  图12-1)


  2、VGA(视频图形阵列)是IBM提出的早期显示标准。VGA的分辨率是640X480,而更新的标准比如SVGA(高级视频图形阵列)和XGA(扩展图形阵列)分别支持更高的

        800X600和1024X768的分辨率。嵌入式设备上常用具有320X240分辨率的QVGA面板。


  3、视频电缆标准

   1)、模拟显示器。

   2)、数字平面显示器。

   3)、与DVI(数字视频接口)规范兼容的显示器。

   4)、与HDTV(高清电视)规范兼容的显示器。


  4、嵌入式系统的显示连接。(P249  图12-2)


  5、嵌入式系统的LVDS和DVI连接。(P249  图12-3)



二、Linux视频子系统

  1、帧缓冲的概念解决了低可移植性和冗余代码导致的大量投入和维护开销的问题。从而开发成员可以以与平台无关的方式编写应用层和较高内核层的程序。(P250  图12-4)


  2、Linux视频子系统。(P250  图12-5)

   1)、此子系统包括底层显示驱动程序、中间层帧缓冲和控制台、高层虚拟终端驱动程序、X Windows的用户模式驱动程序和配置显示参数程序。

   2)、X Windows  GUI操作视频卡的方式有两种:或者使用适用于相应视频卡的内建用户空间驱动程序,或者工作在帧缓冲子系统之上。

   3)、文本模式控制台工作在虚拟终端字符驱动程序之上。



三、显示参数

  1、有时为了让设备能播放视频,在编写驱动程序的时候,只需要配置与显示面板的属性即可。


  2、fbset命令来显示特性

    

   1)、D:值表示dotclock,它是视频硬件在显示器上绘制像素的速率。

   2)、值65.003MHz表示视频控制器绘制一个像素需要用时约15384ps,这个时间称为pixclock,是timings行中的第一个数值参数。

   3)、geometry(几何形状)后面的数表示可视的分辨率为1024X768(SVGA),一个像素的信息需8bit来保存。

   4)、H:后面的值是为水平扫描率,它是视频硬件每秒扫描的水平显示线数目,是pixclock乘以X次方向分辨率的积德倒数。

   5)、V:值是整屏的刷新率,是pixclock、X方向分辨率、Y方向分辨率三者的积的倒数。

   6)、视频控制器在每行结束时发一个水平同步脉冲(HSYNC),在每帧结束时发一个垂直同步脉冲(VSYNC)。



四、帧缓冲API

  1、帧缓冲核心层向用户空间输出设备结点,一边应用程序能访问每个支持的视频设备。


  2、struct  fd_var_screeninfo结构体(视频卡的属性)

  


  3、struct  fd_fix_screeninfo结构体(视频硬件的固定信息)

    


  4、struct  fd_cmap结构体(颜色映射)

     struct  fd_cmap  {

        __u32  start;

        __u32  len;

        __u16  *read;

        __u16  *green;

        __u16  *blue;

        __u16  *transp;

     };


  5、以硬件无关的方式清除显示屏(代码清单12-1)




五、帧缓冲驱动程序

 一)、导航系统简介

  1、一个Linux导航设备的显示系统。(P254  图12-6)

   1)、工作过程:GPS接收机通过UART接口向SOC发送坐标数据流,应用程序根据收到的位置信息产生图像,并更新系统内存中的帧缓冲。帧缓冲驱动程序通过DMA方式将

             这幅图像数据传输到作为SoC LCD控制器一部分的显示缓冲区,控制器将像素数据传输到QVGA LCD面板进行显示。


  2、导航系统被设计成此结构:GPS应用程序运行在LCD控制器的底层帧缓冲驱动程序上。应用程序通过dev/ttySX从GPS接收机获得位置,这里的X是连接到接收机的UART

        号。然后它将几何定位信息转换成图像,并将像素数据写入与LCD控制器相关的帧缓冲。


  3、LCD控制器的寄存器。(P255  表12-1)



 二)、数据结构

  1、fd_info结构体

  

 


  2、fd_ops结构体

 

      

        



 三)、检查和设置参数

  1、fd_check_var()方法执行变量的合法性检查。同时也设置合适的RGB格式。


  2、fd_set_par()方法根据fd_check_var中的值设置LCD控制器的寄存器:

   1)、HSYC_REG中的水平同步时间,左空边,右空边。

   2)、VSYC_REG中的垂直同步时间,上空边,下空边。

   3)、SIZE_REG中的可见区X、Y分辨率。

   4)、MNA_REG中的DMA参数。


  3、GPS应用程序试图将QVGA的分辨率改为50X50。



 四)、屏幕消隐

  1、fd_blank()方法支持显示消隐和去消隐,主要用于电源管理。



 五)、加速方法

  1、如果用户接口需要执行繁重的视频操作,可能就需要通过图形加速来获得可以接受的性能。


  2、fd_imageblit()方法在显示器上画一幅图像,这个函数为驱动程序提供了一个能利用视频控制器所拥有的某些特别能力的机会,以加速这种操作。如果硬件不支持加速功

        能,cfd_imageblit()就是帧缓冲核心为加速提供的通用库函数。


  3、fd_copyarea()将屏幕的一个矩形区域复制到另一个区域。如果图形控制器没有任何可加速这个操作的能力,那么fd_copyarea()就为这个操作提供优化的方法。


  4、fd_fillrect()方法能快速用像素行填充矩形区。cfd_fillrecf()方法则是这种操作的一个通用的非加速方法。



 六)、从帧缓冲DMA

  1、导航系统的LCD控制器包含了一个DMA引擎,其能从系统内存抓取图形帧。控制器将得到的图像数据发到显示面板。DMA的速率支撑了显示器的刷新率。


  2、适合并发访问的禁止cache的帧缓冲区是从myfd_probe()中用dma_alloc_coherent()分配的。my_set_par()将这个已分配的DMA地址写入LCD控制器的DMA_REG寄存器。


  3、当驱动程序启用DMA时,控制器就通过同步DMA方式从帧缓冲不断将像素数据转送到显示器。所以,当GPS应用程序映射帧缓冲并写入位置信息时,像素就会被绘制到

         LCD上。



 七)、对比度和背光

  1、导航系统中的LCD控制器通过使用CONTRAST_REG寄存器来控制对比度。驱动程序通过myfd_ioctl()向用户空间提供这个寄存器接口。


  2、导航系统的LCD面板通过背光照亮,处理器通过DPIO线控制背光,因此设置相应引脚的电平就可以开/关背光。内核通过sysfs结点将其抽象为一般背光接口。为了利用这

        个接口,驱动程序必须实现backlight_ops结构体,而且该结构体中要包含获得和改变背光亮度的函数,然后通过调用backlight_device_regisiter将其注册到内核。


  3、导航系统的帧缓冲驱动程序。(P260  代码清单12-2)




六、控制台驱动程序

 一)、简介

  1、控制台是用于显示内核产生的printk()消息的一种设备。控制台包含两层,顶层驱动程序以及负责高级操作的底层驱动程序。


  2、控制台驱动程序主要使用两种接口定义的结构。顶层控制台驱动程序以struct  console为主,它定义了基本操作,底层驱动程序以struct  consw为主,它指定了高级操作。

   

   


  2、两层控制台驱动程序的结构

  


 二)、设备实例:手机

  1、USB_UART上的控制台(代码清单12-3)


 三)、启动logo

  1、帧缓冲子系统的一个特色是可以启动logo。为了显示这个logo,在内核配置阶段启用CONFIG_LOGO选项并选择一个可用的logo。


  2、CLUT224是常用的启动logo的图片形式,它支持224种颜色。一个CLUT224图片是包含以下两种结构的C文件。

   1)、CLUT,它是一个224个RGB组的字符矩阵。每个3字节的CLUT单元是红、绿、蓝3种颜色的组合。

   2)、数据矩阵,它的每个字节是CLUT表的索引,索引从32开始,一直到225结束。32指向CLUT表中的第一个单元。logo操作码从与数据矩阵每个索引对应的CLUT组创建

             帧缓冲像素数据,图像显示由底层帧缓冲驱动程序的fd_inmagelit()方法完成。


  3、其他支持logo格式包括16色的vga16和黑白的单色。scripts/目录下的脚本可将标准的PPM文件转换成支持的logo格式。



七、调试(略)

       

目  录 第1章 引言 1 1.1 演进 1 1.2 gnu copyleft 2 1.3 kernel.org 2 1.4 邮件列表和论坛 3 1.5 linux发行版 3 1.6 查看源代码 4 1.7 编译内核 7 1.8 可加载的模块 8 1.9 整装待发 9 第2章 内核 11 2.1 启动过程 11 2.1.1 bios-provided physical ram map 12 2.1.2 758mb lowmem available 14 2.1.3 kernel command line: ro root=/dev/hda1 14 2.1.4 calibrating delay...1197.46 .bogomips (lpj=2394935) 15 2.1.5 checking hlt instruction 16 2.1.6 net: registered protocol family 2 17 2.1.7 freeing initrd memory: 387k freed 17 2.1.8 io scheduler anticipatory registered (default) 18 2.1.9 setting up standard pci resources 18 2.1.10 ext3-fs: mounted filesystem 19 2.1.11 init: version 2.85 booting 19 2.2 内核模式和用户模式 20 2.3 进程上下文和中断上下文 20 2.4 内核定时器 21 2.4.1 hz和jiffies 21 2.4.2 长延时 22 2.4.3 短延时 24 2.4.4 pentium时间戳计数器 24 2.4.5 实时钟 25 2.5 内核中的并发 26 2.5.1 自旋锁和互斥体 26 2.5.2 原子操作 30 2.5.3 读—写锁 31 2.5.4 调试 32 2.6 proc文件系统 32 2.7 内存分配 33 2.8 查看源代码 34 第3章 内核组件 37 3.1 内核线程 37 3.1.1 创建内核线程 37 3.1.2 进程状态和等待队列 41 3.1.3 用户模式辅助程序 42 3.2 辅助接口 43 3.2.1 链表 44 3.2.2 散列链表 49 3.2.3 工作队列 49 3.2.4 通知链 51 3.2.5 完成接口 54 3.2.6 kthread辅助接口 56 3.2.7 错误处理助手 57 3.3 查看源代码 58 第4章 基本概念 61 4.1 设备和驱动程序介绍 61 4.2 中断处理 63 4.2.1 中断上下文 63 4.2.2 分配irq号 64 4.2.3 设备实例:导航杆 65 4.2.4 softirq和tasklet 68 4.3 linux设备模型 71 4.3.1 udev 71 4.3.2 sysfs、kobject和设备类 73 4.3.3 热插拔和冷插拔 76 4.3.4 微码下载 76 4.3.5 模块自动加载 77 4.4 内存屏障 78 4.5 电源管理 79 4.6 查看源代码 79 第5章 字符设备驱动程序 81 5.1 字符设备驱动程序基础 81 5.2 设备实例:系统cmos 82 5.2.1 驱动程序初始化 83 5.2.2 打开与释放 86 5.2.3 数据交换 88 5.2.4 查找 92 5.2.5 控制 94 5.3 检测数据可用性 95 5.3.1 轮询 95 5.3.2 fasync 98 5.4 和并行端口交互 99 5.5 rtc子系统 108 5.6 伪字符驱动程序 109 5.7 混杂驱动程序 110 5.8 字符设备驱动程序注意事项 115 5.9 查看源代码 115 第6章 串行设备驱动程序 118 6.1 层次架构 119 6.2 uart驱动程序 121 6.2.1 设备实例:手机 122 6.2.2 rs-485 132 6.3 tty驱动程序 132 6.4 线路规程 134 6.5 查看源代码 141 第7章 输入设备驱动程序 143 7.1 输入事件驱动程序 144 7.2 输入设备驱动程序 150 7.2.1 serio 150 7.2.2 键盘 150 7.2.3 鼠标 152 7.2.4 触摸控制器 157 7.2.5 加速度传感器 158 7.2.6 输出事件 158 7.3 调试 159 7.4 查看源代码 160 第8章 i2c协议 161 8.1 i2c/smbus是什么 161 8.2 i2c核心 162 8.3 总线事务 164 8.4 设备实例:eeprom 164 8.4.1 初始化 165 8.4.2 探测设备 167 8.4.3 检查适配器的功能 169 8.4.4 访问设备 169 8.4.5 其他函数 170 8.5 设备实例:实时时钟 171 8.6 i2c-dev 174 8.7 使用lm-sensors监控硬件 174 8.8 spi总线 174 8.9 1-wire总线 176 8.10 调试 176 8.11 查看源代码 176 第9章 pcmcia和cf 179 9.1 pcmcia/cf是什么 179 9.2 linux-pcmcia子系统 181 9.3 主机控制器驱动程序 183 9.4 pcmcia核心 183 9.5 驱动程序服务 183 9.6 客户驱动程序 183 9.6.1 数据结构 184 9.6.2 设备实例:pcmcia卡 185 9.7 将零件组装在一起 188 9.8 pcmcia存储 189 9.9 串行pcmcia 189 9.10 调试 191 9.11 查看源代码 191 第10章 pci 193 10.1 pci系列 193 10.2 寻址和识别 195 10.3 访问pci 198 10.3.1 配置区 198 10.3.2 i/o和内存 199 10.4 dma 200 10.5 设备实例:以太网—调制解调器卡 203 10.5.1 初始化和探测 203 10.5.2 数据传输 209 10.6 调试 214 10.7 查看源代码 214 第11章 usb 216 11.1 usb体系架构 216 11.1.1 总线速度 218 11.1.2 主机控制器 218 11.1.3 传输模式 219 11.1.4 寻址 219 11.2 linux-usb子系统 220 11.3 驱动程序的数据结构 221 11.3.1 usb_device结构体 221 11.3.2 urb 222 11.3.3 管道 223 11.3.4 描述符结构 223 11.4 枚举 225 11.5 设备实例:遥测卡 225 11.5.1 初始化和探测过程 226 11.5.2 卡寄存器的访问 230 11.5.3 数据传输 233 11.6 类驱动程序 236 11.6.1 大容量存储设备 236 11.6.2 usb-串行端口转换器 241 11.6.3 人机接口设备 243 11.6.4 蓝牙 243 11.7 gadget驱动程序 243 11.8 调试 244 11.9 查看源代码 245 第12章 视频驱动程序 247 12.1 显示架构 247 12.2 linux视频子系统 249 12.3 显示参数 251 12.4 帧缓冲api 252 12.5 帧缓冲驱动程序 254 12.6 控制台驱动程序 265 12.6.1 设备实例:手机 266 12.6.2 启动logo 270 12.7 调试 270 12.8 查看源代码 271 第13章 音频驱动程序 273 13.1 音频架构 273 13.2 linux声音子系统 275 13.3 设备实例:mp3播放器 277 13.3.1 驱动程序函数和结构体 278 13.3.2 alsa编程 287 13.4 调试 288 13.5 查看源代码 289 第14章 块设备驱动程序 291 14.1 存储技术 291 14.2 linux块i/o层 295 14.3 i/o调度器 295 14.4 块驱动程序数据结构和方法 296 14.5 设备实例:简单存储控制器 298 14.5.1 初始化 299 14.5.2 块设备操作 301 14.5.3 磁盘访问 302 14.6 高级主题 304 14.7 调试 306 14.8 查看源代码 306 第15章 网络接口卡 308 15.1 驱动程序数据结构 308 15.1.1 套接字缓冲区 309 15.1.2 网络设备接口 310 15.1.3 激活 311 15.1.4 数据传输 311 15.1.5 看门狗 311 15.1.6 统计 312 15.1.7 配置 313 15.1.8 总线相关内容 314 15.2 与协议层会话 314 15.2.1 接收路径 314 15.2.2 发送路径 315 15.2.3 流量控制 315 15.3 缓冲区管理和并发控制 315 15.4 设备实例:以太网nic 316 15.5 isa网络驱动程序 321 15.6 atm 321 15.7 网络吞吐量 322 15.7.1 驱动程序性能 322 15.7.2 协议性能 323 15.8 查看源代码 324 第16章 linux无线设备驱动 326 16.1 蓝牙 327 16.1.1 bluez 328 16.1.2 设备实例:cf卡 329 16.1.3 设备实例:usb适配器 330 16.1.4 rfcomm 331 16.1.5 网络 332 16.1.6 hid 334 16.1.7 音频 334 16.1.8 调试 334 16.1.9 关于源代码 334 16.2 红外 335 16.2.1 linux-irda 335 16.2.2 设备实例:超级i/o芯片 337 16.2.3 设备实例:ir dongle 338 16.2.4 ircomm 340 16.2.5 联网 340 16.2.6 irda套接字 341 16.2.7 lirc 341 16.2.8 查看源代码 342 16.3 wifi 343 16.3.1 配置 343 16.3.2 设备驱动程序 346 16.3.3 查看源代码 347 16.4 蜂窝网络 347 16.4.1 gprs 347 16.4.2 cdma 349 16.5 当前趋势 350 第17章 存储技术设备 352 17.1 什么是闪存 352 17.2 linux-mtd子系统 353 17.3 映射驱动程序 353 17.4 nor芯片驱动程序 358 17.5 nand芯片驱动程序 359 17.6 用户模块 361 17.6.1 块设备模拟 361 17.6.2 字符设备模拟 361 17.6.3 jffs2 362 17.6.4 yaffs2 363 17.7 mtd工具 363 17.8 配置mtd 363 17.9 xip 364 17.10 fwh 364 17.11 调试 367 17.12 查看源代码 367 第18章 嵌入式linux 369 18.1 挑战 369 18.2 元器件选择 370 18.3 工具链 371 18.4 bootloader 372 18.5 内存布局 374 18.6 内核移植 375 18.7 嵌入式驱动程序 376 18.7.1 闪存 377 18.7.2 uart 377 18.7.3 按钮和滚轮 378 18.7.4 pcmcia/cf 378 18.7.5 sd/mmc 378 18.7.6 usb 378 18.7.7 rtc 378 18.7.8 音频 378 18.7.9 触摸屏 379 18.7.10 视频 379 18.7.11 cpld/fpga 379 18.7.12 连接性 379 18.7.13 专用领域电子器件 380 18.7.14 更多驱动程序 380 18.8 根文件系统 380 18.8.1 nfs挂载的根文件系统 381 18.8.2 紧凑型中间件 382 18.9 测试基础设施 383 18.10 调试 383 18.10.1 电路板返工 384 18.10.2 调试器 385 第19章 用户空间的驱动程序 386 19.1 进程调度和响应时间 387 19.1.1 原先的调度器 387 19.1.2 o(1)调度器 387 19.1.3 cfs 388 19.1.4 响应时间 388 19.2 访问i/o区域 390 19.3 访问内存区域 393 19.4 用户模式scsi 395 19.5 用户模式usb 397 19.6 用户模式i2c 400 19.7 uio 401 19.8 查看源代码 402 第20章 其他设备和驱动程序 403 20.1 ecc报告 403 20.2 频率调整 407 20.3 嵌入式控制器 408 20.4 acpi 408 20.5 isa与mca 410 20.6 火线 410 20.7 智能输入/输出 411 20.8 业余无线电 411 20.9 voip 411 20.10 高速互联 412 20.10.1 infiniband 413 20.10.2 rapidio 413 20.10.3 光纤通道 413 20.10.4 iscsi 413 第21章 调试设备驱动程序 414 21.1 kdb 414 21.1.1 进入调试器 415 21.1.2 kdb 415 21.1.3 kgdb 417 21.1.4 gdb 420 21.1.5 jtag调试器 421 21.1.6 下载 423 21.2 内核探测器 423 21.2.1 kprobe 423 21.2.2 jprobe 427 21.2.3 返回探针 429 21.2.4 局限性 431 21.2.5 查看源代码 431 21.3 kexec与kdump 431 21.3.1 kexec 432 21.3.2 kdump与kexec协同工作 432 21.3.3 kdump 433 21.3.4 查看源代码 437 21.4 性能剖析 437 21.4.1 利用oprofile剖析内核性能 438 21.4.2 利用gprof剖析应用程序性能 440 21.5 跟踪 441 21.6 ltp 444 21.7 uml 444 21.8 诊断工具 444 21.9 内核修改配置选项 444 21.10 测试设备 445 第22章 维护与发布 446 22.1 代码风格 446 22.2 修改标记 446 22.3 版本控制 447 22.4 一致性检查 447 22.5 构建脚本 448 22.6 可移植代码 450 第23章 结束语 451 23.1 流程一览表 451 23.2 下一步该做什么 452 附录a linux汇编 453 附录b linux与bios 457 附录c seq文件 461
评论
添加红包

请填写红包祝福语或标题

红包个数最小为10个

红包金额最低5元

当前余额3.43前往充值 >
需支付:10.00
成就一亿技术人!
领取后你会自动成为博主和红包主的粉丝 规则
hope_wisdom
发出的红包
实付
使用余额支付
点击重新获取
扫码支付
钱包余额 0

抵扣说明:

1.余额是钱包充值的虚拟货币,按照1:1的比例进行支付金额的抵扣。
2.余额无法直接购买下载,可以购买VIP、付费专栏及课程。

余额充值