屏幕帧缓冲机制

目录

前言

一.什么是多缓冲

二.双缓冲机制

2.1 多缓冲

2.2 普通显示

2.3 缓冲切换

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前言

屏幕多缓冲显示通常涉及帧缓冲（Framebuffer）的使用，这是一块与屏幕大小和分辨率相关联的内存区域。在图形用户界面（GUI）中，所有绘制操作都是通过对帧缓冲的操作完成的，这些操作包括内存设置（memset）和内存复制（memcpy）。这些操作的速度直接影响到帧缓冲的处理速度，因此为了优化性能，开发者通常会编写多个版本的 memset 和 memcpy。

一.什么是多缓冲

没使用缓冲机制时，屏幕上的颜色不是一瞬间整体显示的， 而是有一个很明显的从上到下刷屏的过程，这实际上是由于我们是一个个像素点从左到右， 从上到下刷屏导致的，如果不是速度比较快，我们将会看到屏幕上的点是一个个亮起来的， 而不是整屏统一更新，这显然不是最佳的体验。

解决这个问题，可以采用多缓冲的办法，首先要搞明白所谓可见区和虚拟区的关系:
1.可见区、虚拟区都是内存区域，可见区是虚拟区的一部分，因此可见区尺寸至少等于虚拟区。
2. -般而言，可见区尺寸就是屏幕尺寸，比如800x480;而虚拟区是显示设备能支持的显存大小，比如800x480、 800x960等。
3.为了提高画面体验，一般先在不可见区操作显存数据，然后在调整可见区位置，使得图像”瞬间"呈现，避免闪屏。

二.双缓冲机制

2.1 多缓冲

屏幕多缓冲显示通常涉及帧缓冲（Framebuffer）的使用，这是一块与屏幕大小和分辨率相关联的内存区域。在图形用户界面（GUI）中，所有绘制操作都是通过对帧缓冲的操作完成的，这些操作包括内存设置（memset）和内存复制（memcpy）。这些操作的速度直接影响到帧缓冲的处理速度，因此为了优化性能，开发者通常会编写多个版本的 memset 和 memcpy。

帧缓冲的内容直接对应于屏幕上的显示内容，修改帧缓冲中的数据就相当于修改了屏幕上的内容。这种直接操作帧缓冲的方式允许用户立即在显示器上看到效果。

在没有撕裂现象的正常LCD显示中，读写指针只会在非可视区域重合。这通常是在垂直同步的控制下实现的，即读写指针同步工作。例如，如果读指针的速率是写指针速率的两倍，那么在一帧同步后，读写指针会同时从GRAM（显存）的首地址出发。在整个画面更新过程中，读指针会读取两次GRAM，第一次读取的是旧帧数据，第二次则是新的帧数据。这样，当写指针完成写入后，读指针也刚好读取完毕，从而确保画面上不会出现任何错位的情况。

总的来说，屏幕多缓冲显示技术通过帧缓冲和垂直同步机制，确保了图像数据的高效处理和平滑显示，避免了屏幕撕裂等不良现象，提升了用户的视觉体验。

2.2 普通显示

不使用帧缓冲机制图像切换时与使用帧缓冲机制有些不同

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/mman.h>

#define     LCD_PATH    "/dev/fb0"

int main(int argc, char const *argv[])
{
    // 1. 打开LCD 设备文件
    int fd_lcd = open( LCD_PATH , O_RDWR );
    if( -1 == fd_lcd)
    {
        perror("open lcd error");
        return -1 ;
    }

    // 内存映射
    int * p_lcd = mmap(NULL , 800*480*4 , PROT_READ | PROT_WRITE  , 
                    MAP_SHARED , fd_lcd , 0 );
    if (MAP_FAILED == p_lcd)
    {
        perror("mmap error");
        return -1 ;
    }
                    

    // 2. 写入RGB的十六进制
    int color[3] =  {0x00FF0000, 0x0000FF00, 0x000000FF};
    // int (* buf)[480][800]  = calloc() 

    int i = 0 ;
    while(1)
    {
        for (int y = 0; y < 480 ; y++)
        {
            for (int x = 0; x < 800 ; x++)
            {
                //    x宽  y高度， 假设y=5  则表示需要跳过5行
                * (p_lcd+x+y*800) = color[i] ;
                
            }
        }

        i++ ;
        if (i >= 3 )
        {
            i = 0 ;
        }
        sleep(1);
    }

    // for (size_t i = 0; i < 800*480; i++)
    // {
    //    * (p_lcd+i) = color ;
    // }
    

    // 3. 关闭    
    close(fd_lcd);
    munmap(p_lcd , 800*480*4 );

    return 0;
}

2.3 缓冲切换

使用ioctl函数，对显示屏全屏颜色红绿蓝每秒切换显示。

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

int main()
{
    // 打开LCD设备
    int lcd = open("/dev/fb0", O_RDWR|O_EXCL);

    struct fb_var_screeninfo vinfo; // 显卡设备的可变属性结构体
    ioctl(lcd, FBIOGET_VSCREENINFO, &vinfo); // 获取可变属性

    // 获得当前显卡所支持的虚拟区显存大小
    unsigned long width  = vinfo.xres; // 实际的宽度
    unsigned long height = vinfo.yres;// 实际的高度 
    unsigned long bpp    = vinfo.bits_per_pixel; // 像素的深度 32 
    unsigned long screen_size = width * height * bpp/8; // 实际可见区域的大小
                //      宽  * 高 * (32 / 8 )

    // 申请一块两倍于屏幕的映射内存
    char *p = mmap(NULL, 2 * screen_size, // 映射两倍内存
                PROT_READ|PROT_WRITE,
                MAP_SHARED, lcd, 0); 

    bzero(p, 2*screen_size); // 清空映射区

    // 将起始可见区设定为B区
    vinfo.xoffset = 0;
    vinfo.yoffset = 480;
    ioctl(lcd, FBIOPAN_DISPLAY, &vinfo);

    int colors[] = {0x00FF0000, 0x0000FF00, 0x000000FF};
    for(int k=0,n=0;; n++,k++,k%=3)
    {
        for(int i=0; i<width*height; i++)
            memcpy(p+ screen_size*(n%2) +i*4, &colors[k], 4);

        vinfo.xoffset = 0;
        vinfo.yoffset = 480*(n%2);
        ioctl(lcd, FBIOPAN_DISPLAY, &vinfo);

         sleep(1);
    }
}