帧缓冲设备 (Framebuffer Device), /dev/fb0简介

原创于 2025-01-03 12:14:07 发布 · 1.8k 阅读

15 ·

CC 4.0 BY-SA版权

文章标签：

#linux #嵌入式硬件

Linux嵌入式专栏收录该内容

5 篇文章

订阅专栏

/dev/fb0 是 Linux 操作系统中的一个设备文件，代表 帧缓冲设备 (Framebuffer Device)，它允许直接在屏幕上绘制图像或像素。简单来说，/dev/fb0 是操作系统与显示设备之间的接口，通过它，应用程序可以直接操作显示器的像素，而无需依赖图形界面库（如 X Window 或 Wayland）。

1. 帧缓冲（Framebuffer）概念：

帧缓冲是一个内存区域，它存储显示设备要呈现的图像数据。每个屏幕像素对应于帧缓冲中的一个存储单元。当帧缓冲中的数据发生变化时，显示器会根据新的数据更新显示内容。帧缓冲的内容通常是一个二维数组，其中每个元素代表一个屏幕像素的颜色。

图像数据存储：图像中的每个像素通常由红、绿、蓝、透明度（RGBA）等颜色通道的值表示。对于每个像素，帧缓冲会存储这些颜色的数值。

2. 为什么是 `/dev/fb0`？

设备文件：在 Linux 中，设备文件 /dev/ 目录下包含了所有与硬件相关的文件。/dev/fb0 是第一个（或唯一的）帧缓冲设备，通常与主显示器绑定。
多帧缓冲：在某些系统中，可能有多个帧缓冲设备，/dev/fb0 表示主显示器的帧缓冲，/dev/fb1、/dev/fb2 等可能对应其他显示设备或虚拟屏幕。

3. 如何工作？

在 Linux 系统中，/dev/fb0 提供了一个直接访问显卡内存的接口，程序可以通过映射该设备的内存区域来操作屏幕像素。以下是一些常见的操作：

读取帧缓冲：通过读取 /dev/fb0 可以获得当前屏幕的像素数据。
写入帧缓冲：通过写入 /dev/fb0 可以改变屏幕的显示内容。例如，通过直接修改帧缓冲的像素值，可以在屏幕上绘制图像或文本。

4. 如何访问 `/dev/fb0`？

要通过 /dev/fb0 操作显示器，应用程序需要以下步骤：

打开 /dev/fb0：使用标准的文件操作（如 open 系统调用）打开该设备。
映射帧缓冲：使用 mmap 将设备的内存映射到进程的地址空间，使程序可以直接访问帧缓冲的内存。
修改像素：通过修改映射的内存区域，直接操作显示器的每个像素。
刷新屏幕：通常不需要显式刷新，因为显卡硬件会自动将帧缓冲的内容显示到屏幕上。

5. 帧缓冲的结构：

帧缓冲的内容结构通常包括以下几个部分：

分辨率：显示的水平和垂直像素数量（例如 1920x1080）。
颜色深度（bits per pixel, bpp）：每个像素占用的字节数，通常为 16 位、24 位或 32 位。每个像素的值存储了红、绿、蓝等通道的颜色信息。
颜色格式：描述如何存储颜色信息。常见的有 RGB 格式（如 RGB565 或 RGB888）以及 RGBA 格式（带透明度通道）。

这里提供一个程序可以把整个屏幕给刷成红色：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/mman.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <linux/fb.h>
#include <string.h>

int main() {
    int fb = open("/dev/fb0", O_RDWR);
    if (fb == -1) {
        perror("Error opening /dev/fb0");
        return 1;
    }

    // 获取屏幕信息
    struct fb_var_screeninfo vinfo;
    if (ioctl(fb, FBIOGET_VSCREENINFO, &vinfo)) {
        perror("Error reading variable information");
        close(fb);
        return 1;
    }

    // 计算屏幕的像素数
    int width = vinfo.xres;
    int height = vinfo.yres;
    int bpp = vinfo.bits_per_pixel;

    // 显示信息
    printf("Screen resolution: %dx%d\n", width, height);
    printf("Bits per pixel: %d\n", bpp);

    // 映射帧缓冲到内存
    size_t framebuffer_size = width * height * bpp / 8;
    unsigned int* framebuffer = mmap(NULL, framebuffer_size, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fb, 0);
    if (framebuffer == MAP_FAILED) {
        perror("Error mapping framebuffer");
        close(fb);
        return 1;
    }

    // 填充屏幕为红色
    // 红色在 RGB 格式下通常是 R=255, G=0, B=0
    unsigned int red = 0xFFFF0000;  // RGB format: 0xRRGGBB

    for (int y = 0; y < height; y++) {
        for (int x = 0; x < width; x++) {
            framebuffer[y * width + x] = red;
        }
    }

    // 提示用户操作已完成
    printf("Screen is now red!\n");

    // 解映射并关闭文件
    munmap(framebuffer, framebuffer_size);
    close(fb);

    return 0;
}

这里需要注意的是:

unsigned int red = 0xFFFF0000; // RGB format: 0xRRGGBB

最高位的0xFF会被解释为透明度，如果不设置，那么屏幕上将会啥也看不到。

而且这是对应着32位ARGB（Alpha、Red、Green、Blue）色彩格式的：

在 32 位颜色深度的情况下，通常每个像素的颜色由 4 个字节组成（即 32 位），这些字节分别表示：