【基于Linux2.6内核FrameBuffer技术的探讨】浏览器内核技术

　　摘 要：FrameBuffer是一种帧缓冲显示技术，它将显示设备抽象为帧缓冲区，用户通将其映射到进程的地址空间后，直接对其进行读写。重点介绍基于Linux操作系统下FrameBuffer技术的实现。
　　关键词：FrameBuffer Linux操作系统 RGB LCD
　　
　　前言：FrameBuffer技术是嵌入式设备上应用的最广泛的一种LCD显示技术，它具有成本低廉，使用简单，可移植性强的优势[1]，它是出现在Linux2.2.xx以及该版本内核以后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设备。帧缓冲区为图像硬件设备提供了一种抽象化处理，它代表了一些视频硬件设备，允许应用软件通过定义明确的界面来访问图像硬件设备[2]。它允许上层应用程序在图形模式下直接对显示缓冲区进行读写和I/O控制等操作。通过专门的设备节点可对该设备进行访问，如/dev/fb*。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，就可以进行读写操作，而读写操作可以反映到LCD，本文基于Linux2.6内核对FrameBuffer的原理和应用做了详尽的探讨。
　　一、FrameBuffer驱动
　　本文使用Linux2.6内核，该内核包含了FrameBuffer底层的硬件驱动程序，包括对设备的读写，IOctl命令等，通过这些命令可以获得显示设备的一些固定设备信息（比如显示器的尺寸，RGB彩色位数，像素结构等等）。在对于用户而言，FrameBuffer技术提供的机制使得Linux系统中用户应用程序直接写屏幕变得简单，从而不必关心硬件的问题，它在Linux内核中的位置如图：
　　FrameBufffer 在linux系统中的位置
　　该设备和/dev下面的设备没有什么区别，在这里对其驱动不做详细阐述。
　　二、FrameBuffer的关键参数
　　在linux2.6内核中，包含有FrameBuffer的驱动模块，这个模块随着内核的启动而被加载，在/include/linux/fb.h中包含有LCD的所有的详细参数，我们可以用ioctl函数来获得这些参数。下面介绍以下FrameBuffer的一些关键参数:FrameBuffer的参数都是以结构体的形式储存：
　　struct fb_var_screeninfo结构体
　　这个结构体用于描述显卡自身的属性，包含识别符、缓存地址、显示类型等，但是要注意的一点是，当LCD系统正常运行后，不能修改此结构体的值。
　　struct fb_var_screeninfo结构体
　　此结构用于描述显卡的一般特性，比如实际分辨率，虚拟分辨率，实际分辨率与虚拟分辨率之间的位移等，可以说，这是一个非重要的结构体，它决定了将进行驱动的LCD的尺寸等特性。
　　在进行LCD显示时，通常需要进行相关的颜色设置，struct fb_cmap用于描述设备无关的颜色映射信息。可以通过FBIOGETCMAP和FBIOPUTCMAP对应的ioctl 操作设定或获取颜色映射信息。还有一些比如光标、图片等信息有关的结构体不进行说明，内核中对每个结构体中的相关域都做了详细的注释。
　　三、FrameBuffer的应用
　　（一）FrameBuffer参数获取
　　对frameBuffer进行操作，首先我们要打开这个设备以获取该设备的文件描述符，在Linux2.6版本的内核中，该设备定位/dev/fb0，用IO函数来获取该设备的文件描述符：
　　fb=open(“/dev/fb0”,O_RDWR);
　　这样我们以后对硬件设备LCD的读写，都可以通过该设备的文件描述符来进行。下一步通过ioctl函数才获取FrameBuffer的相关参数。
　　定义2个结构体：
　　struct fb_fix_screeninfo finfo;
　　struct fb_var_screeninfo vinfo;
　　获取LCD当前参数:
　　ioclt(fb,FBIOGET_FSCREENINFO,&finfo);
　　获得显卡的当前的固定参数。
　　ioctl(fb,FBIOGET_VSCREENINFO,&vinfo);
　　获得显卡的当前可变参数。
　　获取到这些参数以后，在根据屏幕的具体属性下一步就要将屏幕缓冲区映射到用户空间，这样我们就可以通过对用户空间的操作通过映射的关系同步到LCD上：
　　创建一个字符指针:
　　unsined char *fbp;
　　应用mmap函数进行内存映射：
　　fbp=mmap(NULL,screensize,PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_SHARED,fb,0);
　　screensize是映射内存的长度，这个长度可以这样计算而来：
　　screensize=vinfo.xres*vinfo.yres*vinfo.bits_per_pixel/8;
　　第3个和第4个参数分别定义了该段内存的可读写的属性以及共享属性，这样其它的进程就可以对该段内存进行读写操作了。
　　（二）LCD 屏幕RGB颜色概述
　　FrameBuffer支持多种彩色，包括单色，伪彩色，真彩色，直接彩色等等，直接彩色对于LCD上的每一个像素点都可以由R(red),G(green),B(blue)三种颜色混合而成，如图所示：
　　 LCD直接彩色原理图
　　目前最常用的RGB颜色有16位，这种颜色中，每一个像素都由一个16位的二进制数来表示，前5位表示红色，中间6位表示绿色，后5位表示蓝色，又称565色；24位色，在这种颜色中，每个颜色都由8位的二进制表示，又称888色；含有灰度级别的32位色，32位色在24位色的基础上，增加了一个8位的灰度级别。在具体的应用中我们要注意图片的色位与LCD默认的色位数相吻合，否则就不能正常的加载图片。
　　（三）LCD画图API
　　FrameBuffer驱动程序提供了大量的接口函数，其中包括对LCD进行绘制的API，我们可以通过这些API在LCD屏幕上画任意的图形，例如绘制一个矩形区域的API：
　　void (*fb_fillrect) (struct fb_info *info,const struct fb_fillrect *rect);
　　这些函数在/linux/fb.h下都可以找到其原型，在这里就不作多阐述。
　　（四）LCD图片加载
　　实际应用中所关心的往往不是在屏幕上画图，而是怎么样在LCD上载入我们所需要的图片，这里我们就需要用到图片的解压缩技术，以JPG图片的解压缩技术为例，我们要把一张JPG图片加载到LCD屏幕上，那么就需要把这张图片解压缩成纯二进制码，这个二进制码所包含的就是该图片的所有像素的RGB颜色信息，但是如果前面我们取得的LCD屏幕默认的显示色位是16位，而我们手上有一张24位色的图片需要加载，那么就需要进行RGB颜色的转换，我们将该图片解压缩之后会得到一个指向内存中该解压缩图片的指针*pf，通过该指针把该图片每24位像素(24位RGB)转换为16位像素(565色)：
　　int Max = vinfo.xres*vinfo.yres;//总共像素；
　　unsigned short RGB;//16位的像素表示；
　　for(i = 0; i > 3) & 0x001F;
　　unsigned short G = ((green >> 2) > 3)

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