Linux內核中LCD驅動框架分析

硬件平臺：韋東山嵌入式Linxu開發板（S3C2440.v3）
軟件平臺：運行於VMware Workstation 12 Player下UbuntuLTS16.04_x64 系統
參考資料：《嵌入式Linux應用開發手冊》、《嵌入式Linux應用開發手冊第2版》
開發環境：Linux 2.6.22.6 內核、arm-linux-gcc-3.4.5-glibc-2.3.6工具鏈

一、前言

在016 LCD(2)-編寫程序這篇博客中，編寫了裸機LCD驅動程序，在這一節中，將在Linux系統下編寫LCD驅動程序。

二、框架

1、回顧裸板LCD驅動

第一層：測試菜單層：lcd_test.c
第二層：根據目的劃分三個C文件：framebuffer.c、geometry.c、font.c
第三層：LCD參數設置：lcd.c，考慮到拓展性，如果需要用到不同尺寸的lcd時，需要修改太多東西，所以在這一層下分了一個小層，用來放各種尺寸lcd的參數設置文件如lcd_4_3.c，通過在lcd.c調用對應的文件。
第四層：LCD控制器設置：lcd_controller.c，考慮到拓展性，如果用到不同芯片驅動的lcd時，需要修改太多東西，所以在這一層下分了一個小層，用來放各種芯片的lcd控制器設置文件如s3c2440_lcd_controller.c，通過在lcd_controller.c調用對應的文件。

2、Linux下LCD驅動框架

由於在Linux系統下，系統中的/drivers/video/fbmen.c文件已經做好了相當於裸板驅動框架的第二層的工作，我們只需要設置相關的硬件操作。下面先對fbmen.c中的函數進行分析，瞭解其大致的框架。

fbmen.c文件解析：

2.1 fbmem_init函數解析

函數原型：

static int __init
fbmem_init(void)
{
	create_proc_read_entry("fb", 0, NULL, fbmem_read_proc, NULL);

	if (register_chrdev(FB_MAJOR,"fb",&fb_fops))
		printk("unable to get major %d for fb devs\n", FB_MAJOR);

	fb_class = class_create(THIS_MODULE, "graphics");
	if (IS_ERR(fb_class)) {
		printk(KERN_WARNING "Unable to create fb class; errno = %ld\n", PTR_ERR(fb_class));
		fb_class = NULL;
	}
	return 0;
}

實現功能：
①、register_chrdev(FB_MAJOR,"fb",&fb_fops)：對構建的file_operation結構體fb_fops進行註冊。
通過繼續代碼追蹤可以發現結構體fb_fops的原型中的read、write、open等函數可以發現：沒有直接操作硬件設備的寄存器或IO口，而是根據struct fb_info *info這個結構體變量來進行函數的操作。

static ssize_t
fb_read(struct file *file, char __user *buf, size_t count, loff_t *ppos)
{
	/*..............*/
	struct inode *inode = file->f_path.dentry->d_inode;
	int fbidx = iminor(inode);
	struct fb_info *info = registered_fb[fbidx];

	if (!info || ! info->screen_base)
		return -ENODEV;

	if (info->state != FBINFO_STATE_RUNNING)
		return -EPERM;

	if (info->fbops->fb_read)
		return info->fbops->fb_read(info, buf, count, ppos);
		
	/*..............*/
}

②、class_create(THIS_MODULE, "graphics");：創建一個類。

提問：根據之前的經驗，在創建類之後會創建類的設備節點，爲什麼這裏沒有呢？
回答：因爲fbmem.c是通用的文件，相當於在裸板LCD驅動中lcd.c、lcdcontroller.c，根據下層的lcd_4.3.c、s3c2440_controlller.c來註冊設備節點，給上層的應用來使用。所以fbmem.c還需要根據一個文件的參數來進行註冊設備節點、調用下層的具體函數等。

2.2 fb_open函數解析

函數原型：

static int
fb_open(struct inode *inode, struct file *file)
{
	int fbidx = iminor(inode);
	struct fb_info *info;
	int res = 0;

	if (fbidx >= FB_MAX)
		return -ENODEV;
#ifdef CONFIG_KMOD
	if (!(info = registered_fb[fbidx]))
		try_to_load(fbidx);
#endif /* CONFIG_KMOD */
	if (!(info = registered_fb[fbidx]))
		return -ENODEV;
	if (!try_module_get(info->fbops->owner))
		return -ENODEV;
	file->private_data = info;
	if (info->fbops->fb_open) {
		res = info->fbops->fb_open(info,1);
		if (res)
			module_put(info->fbops->owner);
	}
	return res;
}

功能：
①、int fbidx = iminor(inode);：找到該設備的次設備號。
②、struct fb_info *info = registered_fb[fbidx];：根據次設備號作爲索引，在數組中找到對應項賦值給info。
繼續追蹤registered_fb的原型：發現硬件設置中的參數保存在fb_info結構體中

struct fb_info {
	int node;
	int flags;
	struct fb_var_screeninfo var;	/* Current var */
	struct fb_fix_screeninfo fix;	/* Current fix */
	struct fb_monspecs monspecs;	/* Current Monitor specs */
	struct work_struct queue;	/* Framebuffer event queue */
	struct fb_pixmap pixmap;	/* Image hardware mapper */
	struct fb_pixmap sprite;	/* Cursor hardware mapper */
	struct fb_cmap cmap;		/* Current cmap */
	struct list_head modelist;      /* mode list */
	struct fb_videomode *mode;	/* current mode */
	/*.........*/
};

struct fb_var_screeninfo {
	__u32 xres;			/* visible resolution		*/
	__u32 yres;
	__u32 xres_virtual;		/* virtual resolution		*/
	__u32 yres_virtual;
	__u32 xoffset;			/* offset from virtual to visible */
	__u32 yoffset;			/* resolution			*/
	/*...........................*/
};

2.3 fbmem.c總結

fbmem.c是一個通用的文件
供上層應用來調用：根據上層open等函數來打開對應的設備節點
在當層中：通過找到該設備的次設備號，通過設備號在register_fb數組中找到該設備的硬件設置函數來進行硬件初始化、調用下層具體函數。

下面我們在看看Linux系統中已經寫好的硬件設置文件s3c2410fb.c，進一步分析。

s3c2410fb.c文件解析：

2.4 s3c2410fb_init函數解析

函數原型：

int __devinit s3c2410fb_init(void)
{
	return platform_driver_register(&s3c2410fb_driver);
}

功能：
①、調用platform_driver_register()平臺設備註冊函數。這個時候就可以指導內核在管理LCD驅動時，採用的是platform總線機制，註冊平臺驅動程序。

2.5 struct platform_driver s3c2410fb_driver結構體解析

函數原型：

static struct platform_driver s3c2410fb_driver = {
	.probe		= s3c2410fb_probe,
	.remove		= s3c2410fb_remove,
	.suspend	= s3c2410fb_suspend,
	.resume		= s3c2410fb_resume,
	.driver		= {
		.name	= "s3c2410-lcd",
		.owner	= THIS_MODULE,
	},
};

功能：
①、存儲各類操作函數的地址
②、特別之處：與我們之前編寫的結構體不同，這裏沒有open、read函數。
因爲此時採用的是platform總線機制，優點：在於platform機制將設備本身的資源註冊進內核，由內核統一管理，在驅動程序中用使用這些資源時，通過platform device提供的標準接口進行申請並使用。
對於LCD驅動，這個標準接口就是剛纔所介紹的fbmem.c文件。

2.6 s3c2410fb_probe函數解析

函數原型：


static int __init s3c2410fb_probe(struct platform_device *pdev)
{
	struct s3c2410fb_info *info;
	struct fb_info	   *fbinfo;
	struct s3c2410fb_hw *mregs;
	int ret;
	int irq;
	int i;
	u32 lcdcon1;

	mach_info = pdev->dev.platform_data;
	if (mach_info == NULL) {
		dev_err(&pdev->dev,"no platform data for lcd, cannot attach\n");
		return -EINVAL;
	}

	mregs = &mach_info->regs;

	irq = platform_get_irq(pdev, 0);
	if (irq < 0) {
		dev_err(&pdev->dev, "no irq for device\n");
		return -ENOENT;
	}

	fbinfo = framebuffer_alloc(sizeof(struct s3c2410fb_info), &pdev->dev);
	if (!fbinfo) {
		return -ENOMEM;
	}


	info = fbinfo->par;
	info->fb = fbinfo;
	info->dev = &pdev->dev;

	platform_set_drvdata(pdev, fbinfo);

	dprintk("devinit\n");

	strcpy(fbinfo->fix.id, driver_name);

	memcpy(&info->regs, &mach_info->regs, sizeof(info->regs));

	/* Stop the video and unset ENVID if set */
	info->regs.lcdcon1 &= ~S3C2410_LCDCON1_ENVID;
	lcdcon1 = readl(S3C2410_LCDCON1);
	writel(lcdcon1 & ~S3C2410_LCDCON1_ENVID, S3C2410_LCDCON1);

	info->mach_info		    = pdev->dev.platform_data;

	fbinfo->fix.type	    = FB_TYPE_PACKED_PIXELS;
	fbinfo->fix.type_aux	    = 0;
	fbinfo->fix.xpanstep	    = 0;
	fbinfo->fix.ypanstep	    = 0;
	fbinfo->fix.ywrapstep	    = 0;
	fbinfo->fix.accel	    = FB_ACCEL_NONE;

	fbinfo->var.nonstd	    = 0;
	fbinfo->var.activate	    = FB_ACTIVATE_NOW;
	fbinfo->var.height	    = mach_info->height;
	fbinfo->var.width	    = mach_info->width;
	fbinfo->var.accel_flags     = 0;
	fbinfo->var.vmode	    = FB_VMODE_NONINTERLACED;

	fbinfo->fbops		    = &s3c2410fb_ops;
	fbinfo->flags		    = FBINFO_FLAG_DEFAULT;
	fbinfo->pseudo_palette      = &info->pseudo_pal;

	fbinfo->var.xres	    = mach_info->xres.defval;
	fbinfo->var.xres_virtual    = mach_info->xres.defval;
	fbinfo->var.yres	    = mach_info->yres.defval;
	fbinfo->var.yres_virtual    = mach_info->yres.defval;
	fbinfo->var.bits_per_pixel  = mach_info->bpp.defval;

	fbinfo->var.upper_margin    = S3C2410_LCDCON2_GET_VBPD(mregs->lcdcon2) + 1;
	fbinfo->var.lower_margin    = S3C2410_LCDCON2_GET_VFPD(mregs->lcdcon2) + 1;
	fbinfo->var.vsync_len	    = S3C2410_LCDCON2_GET_VSPW(mregs->lcdcon2) + 1;

	fbinfo->var.left_margin	    = S3C2410_LCDCON3_GET_HFPD(mregs->lcdcon3) + 1;
	fbinfo->var.right_margin    = S3C2410_LCDCON3_GET_HBPD(mregs->lcdcon3) + 1;
	fbinfo->var.hsync_len	    = S3C2410_LCDCON4_GET_HSPW(mregs->lcdcon4) + 1;

	fbinfo->var.red.offset      = 11;
	fbinfo->var.green.offset    = 5;
	fbinfo->var.blue.offset     = 0;
	fbinfo->var.transp.offset   = 0;
	fbinfo->var.red.length      = 5;
	fbinfo->var.green.length    = 6;
	fbinfo->var.blue.length     = 5;
	fbinfo->var.transp.length   = 0;
	fbinfo->fix.smem_len        =	mach_info->xres.max *
					mach_info->yres.max *
					mach_info->bpp.max / 8;

	/*.......*/

	ret = s3c2410fb_init_registers(info);

	ret = s3c2410fb_check_var(&fbinfo->var, fbinfo);

	ret = register_framebuffer(fbinfo);
	/*.......*/

}

功能：
①、fbinfo = framebuffer_alloc()：根據s3c2410fb_info結構體的大小分配內存空間給fbinfo。
②、此時的具體硬件設置存放在fbinfo結構體指針所指向的內存空間。
③、ret = register_framebuffer(fbinfo);：把具體的硬件設置註冊到數組中去。

2.7 register_framebuffer函數解析

register_framebuffer()函數位於fbmen.c文件中

函數原型：


int
register_framebuffer(struct fb_info *fb_info)
{
	int i;
	struct fb_event event;
	struct fb_videomode mode;

	if (num_registered_fb == FB_MAX)
		return -ENXIO;
	num_registered_fb++;
	
	for (i = 0 ; i < FB_MAX; i++)
		if (!registered_fb[i])
			break;
	fb_info->node = i;

	fb_info->dev = device_create(fb_class, fb_info->device,
				     MKDEV(FB_MAJOR, i), "fb%d", i);

	/*...............*/
}

功能：
①、在數組中尋找空的項，把該項的索引號保存到fbinfo中。

for (i = 0 ; i < FB_MAX; i++)
		if (!registered_fb[i])
			break;
	fb_info->node = i;

②、註冊類的設備節點，這個時候有了具體的設備，纔會註冊設備節點。

	fb_info->dev = device_create(fb_class, fb_info->device,
				     MKDEV(FB_MAJOR, i), "fb%d", i);

三、總結

對於platform總線機制下的的LCD驅動的大致框架如下圖：

可以總結出來，platform總線機制下的的LCD驅動的編寫：不像編寫裸板LCD時是抽出那麼多函數來形成一個拓展性很好的框架（因爲Linux內核已經幫我們做了），我們只需要編寫我們具體驅動文件。

驅動文件編寫：｛

設置相關函數與結構體：init、platform_driver、probe.....
分配一個 fb_info 結構體：framebuffer_alloc
註冊：register_framebuffer
硬件相關的操作
｝

第二期驅動篇——1.1 LCD驅動編寫—Linux內核中LCD驅動框架分析

Linux內核中LCD驅動框架分析

目錄

一、前言

二、框架

1、回顧裸板LCD驅動

2、Linux下LCD驅動框架

2.1 fbmem_init函數解析

2.2 fb_open函數解析

2.3 fbmem.c總結

2.4 s3c2410fb_init函數解析

2.5 struct platform_driver s3c2410fb_driver結構體解析

2.6 s3c2410fb_probe函數解析

2.7 register_framebuffer函數解析

三、總結

第三階段應用層——1.9 數碼相冊—在LCD上顯示BMP圖片

第三階段應用層——1.8 數碼相冊—在LCD上顯示JPG圖片

第三階段應用層——1.7 數碼相冊—電子書（6）—支持遠程打印信息

第三階段應用層——1.7 數碼相冊—電子書（1）—實現

第三階段應用層——1.7 數碼相冊—電子書（4）—select支持多輸入

Mac下配置sublime實現LaTeX

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linux以太網驅動總結