关于 Framebuffer

最新推荐文章于 2022-06-22 10:15:07 发布

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本文详细介绍了Framebuffer的概念及其实现原理，包括其在操作系统中的位置、与显示芯片的交互方式、以及如何利用Framebuffer进行图形编程等内容。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

以下来自度娘：

http://baike.baidu.com/view/3351639.htm?fr=aladdin

简介

Framebuffer ^[1] 是用一个视频输出设备从包含完整的帧数据的一个内存缓冲区中来驱动一个视频显示设备。

在内存缓冲区中标准上包含了屏幕上每个像素的色彩值组成。色彩值通常存储成1-bit(黑白色彩),4-bit调色版,8-bit调色版,16-bit高色彩,24-bit真色彩格式。一个额外的alpha通道有时用来保存像素透明度信息。

帧缓冲设备提供了显卡的抽象描述。他同时代表了显卡上的显存，应用程序通过定义好的接口可以访问显卡，而不需要知道底层的任何操作。该设备使用特殊的设备节点，通常位于/dev目录，如/dev/fb*

2页交换(Page flipping)

^[2] 因为framebuffer经常用来设计处理不止一个分辨率，所他们经常包含更多的内存，用来在低分辩率显示单独的帧。既然这个内存在大小上足够大，发明一个方法来允许新的帧写入视频内存，并且不干扰正在显示的内容。　这个概念工作原理是告诉framebuffer用一块特殊的内存来显示当前帧。当内存中的显示出来后，一个单独完整的部分内存用来添装下一帧。一旦第二帧填充完成，framebuffer被命令找到第二个buffer替代。此时主buffer变成了第二buffer.第二buffer也就变成了主buffer. 这个操作通常在垂直回归期(vertical blanking interval)完成，来防止屏幕tearing(旧帪显示一半，新帪显示一半)。

以下来自bbs：

http://bbs.youkuaiyun.com/topics/300214296

帧缓冲设备提供了显卡的抽象描述。他同时代表了显卡上的显存，应用程序通过定义好的接口可以访问显卡，而不需要知道底层的任何操作。该设备使用特殊的设备节点，通常位于/dev目录，如/dev/fb*.

1.用户角度的/dev/fb*
从用户的角度看，帧缓冲设备和其他位于/dev下面的设备类似。他是一个字符设备，通常主设备号是29，次设备号定义帧缓冲的个数。
通常，使用如下方式（前面的数字代码次设备号）

        0 = /dev/fb0    First frame buffer
        1 = /dev/fb1    Second frame buffer
      ...
        31 = /dev/fb31  32nd frame buffer

考虑到向下兼容，你可以创建符号链接：

      /dev/fb0current -> fb0
     /dev/fb1current -> fb1

and so on...

帧缓冲设备也是一种普通的内存设备，你可以读写其内容。例如，对屏幕抓屏：

  cp /dev/fb0 myfile

你也可以同时有多个显示设备，例如你的主板上出了内置的显卡还有另一独立的显卡。对应的帧缓冲设备(/dev/fb0 and /dev/fb1 etc.)可以独立工作。
应用程序如 X server一般使用/dev/fb0作为默认的显示帧缓冲区。你可以自定把某个设备作为默认的帧缓冲设备，设置$FRAMEBUFFER环境变量即可。在sh/bash：

    export FRAMEBUFFER=/dev/fb1

在csh中：

    setenv FRAMEBUFFER /dev/fb1

设定后，X server将使用第二个帧缓冲区设备。

2.程序员角度看/dev/fb*
正如你所知，一个帧缓冲设备和内存设备类似/dev/mem，并且有许多共性。你可以read,write,seek以及mmap()。不同仅仅是帧缓冲的内存不是所有的内存区，而是显卡专用的那部分内存。
/dev/fb*也允许尽行ioctl操作，通过ioctl可以读取或设定设备参数。颜色映射表也是通过Ioctl设定。查看<linux/fb.h>就知道有多少ioctl应用以及相关数据结构。

这里给出摘要：
  - 你可以获取设备一些不变的信息，如设备名，屏幕的组织（平面，象素,...)对应内存区    的长度和起始地址。
  - 也可以获取能够发生变化的信息，例如位深，颜色格式，时序等。如果你改变这些值，    驱动程序将对值进行优化，以满足设备特性（返回EINVAL，如果你的设定，设备不支持）
  - 你也可以获取或设定部分颜色表。

所有这些特性让应用程序十分容易的使用设备。X server可以使用/dev/fb*而不需知道硬件的寄存器是如何组织的。 XF68_FBDev是一个用于位映射（单色）X server，唯一要做的就是在应用程序在相应的位置设定是否显示。

在新内核中，帧缓冲设备可以工作于模块中，允许动态加载。这类驱动必须调用register_framebuffer()在系统中注册。使用模块更方便！

详细的介绍参见：
http://www.dzkf.cn/html/qianrushixitong/2007/0429/2025.html

http://hi.baidu.com/abor/blog/item/8520942b7d5a24f9e6cd40fc.html
FrameBuffer
FrameBuffer 是出现在 2.2.xx 内核当中的一种驱动程序接口。这种接口将显示设
备抽象为帧缓冲区。用户可以将它看成是显示内存的一个映像，将其映射到进程地
址空间之后，就可以直接进行读写操作，而写操作可以立即反应在屏幕上。该驱动
程序的设备文件一般是 /dev/fb0、/dev/fb1 等等。比如，假设现在的显示模式是
1024x768-8 位色，则可以通过如下的命令清空屏幕：
$ dd if=/dev/zero of=/dev/fb0 bs=1024 count=768

在应用程序中，一般通过将 FrameBuffer 设备映射到进程地址空间的方式使用，
比如下面的程序就打开 /dev/fb0 设备，并通过 mmap 系统调用进行地址映射，随
后用 memset 将屏幕清空（这里假设显示模式是 1024x768-8 位色模式，线性内存
模式）：
int fb;
unsigned char* fb_mem;
fb = open ("/dev/fb0", O_RDWR);
fb_mem = mmap (NULL, 1024*768, PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_SHARED,fb,0);
memset (fb_mem, 0, 1024*768);
FrameBuffer 设备还提供了若干 ioctl 命令，通过这些命令，可以获得显示设备
的一些固定信息（比如显示内存大小）、与显示模式相关的可变信息（比如分辨
率、象素结构、每扫描线的字节宽度），以及伪彩色模式下的调色板信息等等。

通过 FrameBuffer 设备，还可以获得当前内核所支持的加速显示卡的类型（通过
固定信息得到），这种类型通常是和特定显示芯片相关的。比如目前最新的内核
（2.4.9）中，就包含有对 S3、Matrox、nVidia、3Dfx 等等流行显示芯片的加速
支持。在获得了加速芯片类型之后，应用程序就可以将 PCI 设备的内存I/O
（memio）映射到进程的地址空间。这些 memio 一般是用来控制显示卡的寄存器，
通过对这些寄存器的操作，应用程序就可以控制特定显卡的加速功能。
PCI 设备可以将自己的控制寄存器映射到物理内存空间，而后，对这些控制寄存器
的访问，给变成了对物理内存的访问。因此，这些寄存器又被称为"memio"。一旦
被映射到物理内存，Linux 的普通进程就可以通过 mmap 将这些内存 I/O 映射到
进程地址空间，这样就可以直接访问这些寄存器了。
当然，因为不同的显示芯片具有不同的加速能力，对memio 的使用和定义也各自不
同，这时，就需要针对加速芯片的不同类型来编写实现不同的加速功能。比如大多
数芯片都提供了对矩形填充的硬件加速支持，但不同的芯片实现方式不同，这时，
就需要针对不同的芯片类型编写不同的用来完成填充矩形的函数。
说到这里，读者可能已经意识到 FrameBuffer 只是一个提供显示内存和显示芯片
寄存器从物理内存映射到进程地址空间中的设备。所以，对于应用程序而言，如果
希望在 FrameBuffer 之上进行图形编程，还需要完成其他许多工作。举个例子来
讲，FrameBuffer 就像一张画布，使用什么样子的画笔，如何画画，还需要你自己
动手完成。

1.framebuffer在操作系统中处于什么位置呢？ framebuffer属于驱动层
驱动和应用中间？同上
和framebuffer一级的还有什么技术？
也就是说在开发一个系统的时候除了framebuffer还有什么别的选择？
独一无二,其他的选择功能就不完全一样了, 当然看你具体要实现什么, 可能你要实现的那个功能也是用其他方法可以实现的.

2.我们在开发一个新系统的时候如果想要用framebuffer的话，是否还需要自己写相关显示芯片基于framebuffer的驱动呢？
在Linux系统中有通用framebuffer驱动vesafb, 也有各自芯片的framebuffer, 芯片的framebuffer一般都有其加速功能, 当然vesafb对某些显示芯片也有加速功能. 自己写你必须要有技术资料,否则写出来的就是类似vesafb了.

那么如果我的芯片本身支持一些加速的特殊处理，在freambuffer中怎么体现？
根据技术资料来处理, 一般都是些寄存器的操作吧.

3.如何知道显示芯片是否支持framebuffer的操作？
一般都支持
选择framebuffer时候需要注意什么？
有相应的则使用相应的, 如果没有选择vesafb
怎样知道自己的系统是否适合使用framebuffer呢？
在内核中可以看到有没有你显卡型号的framebuffer,在 make menuconfig中查找, 如果有看到选上就是, 对应的内核目录为linux-2.6.*/drivers/video/ .

framebuffer就相当于一个中间层，对驱动和硬件进行一个封装和管理，便于用户开发图形界面或进行视频输出操作。

自从Linux支持了framebuffer以后，很多GUI开发都是基于framebuffer而进行的

1.framebuffer在操作系统中处于什么位置呢？framebuffer属于驱动层
驱动和应用中间？同上
和framebuffer一级的还有什么技术？
也就是说在开发一个系统的时候除了framebuffer还有什么别的选择？
独一无二,其他的选择功能就不完全一样了, 当然看你具体要实现什么, 可能你要实现的那个功能也是用其他方法可以实现的.

2.我们在开发一个新系统的时候如果想要用framebuffer的话，是否还需要自己写相关显示芯片基于frame…

简单的说就是你写到fb里面的数据会立刻以像素的方式显示到屏幕上，
你可以把一个位图文件copy到fb里面然后这个图像就会立刻显示到屏幕上。
很多图像库就是基于framebuffer的。
除了framebuffer还有xwindow 也可以做gui。

Linux下的显卡驱动有两层, 一个是kernel层的也就是framebuffer驱动, 另一个是Xserver层驱动, 在进入X-windows之前是由framebuffer来驱动, 进入X-windows之后由XSERVER层的驱动作用(/etc/X11/xorg.conf中可以设置显卡等驱动), 当然如果你想要在X-WINDOWS上用framebuffer驱动也可以, 可以使用Xserver中的fbdev驱动, 这个驱动可以指定你要使用kernel层的framebuffer, 比如在xorg.conf中这样写

Section "Device"
Identifier  "Videocard0"
Driver      "fbdev"
VendorName  "Videocard vendor"
BoardName   "VESA driver (generic)"
BusID       "PCI:0:14:0"
Option      "fbdev" "/dev/fb1" #使用/dev/fb1这个framebuffer驱动
EndSection