Linux編程 —— framebuffer

一、framebuffer概念

framebuffer：幀緩沖，幀緩存技術

????????????????????????Linux內核專門為圖形化顯示提供的一套應用程序接口。

?二、基本操作步驟

1. 打開顯示設備(/dev/fb0)
2. 獲取顯示設備相關參數（分辨率，像素格式）---》ioctl
3. 建立顯存空間和用戶空間的內存映射
4. 向映射的用戶空間寫入RGB顏色值
5. 解除映射關系
6. 關閉顯示設備

void *pmem = NULL;
int fb;
struct fb_var_screeninfo vinfo；int init_fb(char *devname)
{//1. 打開顯示設備(/dev/fb0)fb = open(devname, O_RDWR);if (-1 == fb){perror("open fb error");return -1;}//2. 獲取顯示設備相關參數（分辨率，像素格式）int ret = ioctl(fb, FBIOGET_VSCREENINFO, &vinfo);if (ret < 0){perror("ioctl error");return -1;}printf("xres = %d, yres = %d\n", vinfo.xres, vinfo.yres);printf("xres_virtual = %d, yres_virtual = %d\n", vinfo.xres_virtual, vinfo.yres_virtual);printf("bits_per_pixel = %d\n", vinfo.bits_per_pixel);//3. 建立顯存空間和用戶空間的內存映射size_t len = vinfo.xres_virtual * vinfo.yres_virtual * vinfo.bits_per_pixel/8;pmem = mmap(NULL, len, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED, fb, 0);if (pmem == MAP_FAILED){perror("mmap error");return -1;}return 0;
}

#ifndef __FRAMEBUFFER_H__
#define __FRAMEBUFFER_H__#define RGB_FMT_888 32
#define RGB_FMT_565 16
#define PI   3.14
#pragma pack(1)//bmp文件相關信息
typedef struct tagBITMAPFILEHEADER {short    bfType;         // 文件類型標志int      bfSize;         // 文件大小，單位為字節short    bfReserved1;    // 保留字節short    bfReserved2;    // 保留字節int      bfOffBits;      // 數據偏移量，即實際圖像數據開始的位置
}Bmp_file_head_t;
//bmp圖像信息
typedef struct tagBITMAPINFOHEADER {int   biSize;         // BITMAPINFOHEADER的大小，單位為字節int    biWidth;        // 位圖的寬度，單位為像素int    biHeight;       // 位圖的高度，單位為像素short    biPlanes;       // 目標設備的位平面數，必須為1short    biBitCount;     // 每像素位數（顏色深度）int   biCompression;  // 圖像壓縮類型int   biSizeImage;    // 圖像大小，單位為字節int    biXPelsPerMeter;// 水平分辨率，單位為像素/米int    biYPelsPerMeter;// 垂直分辨率，單位為像素/米int   biClrUsed;      // 實際使用顏色數int   biClrImportant; // 重要顏色數
}Bmp_info_t;
#pragma pack()extern int init_fb(char *devname);
extern int uninit_fb();
extern void draw_point(int x, int y, unsigned int col);
extern void draw_horizontal_line(int x1,int x2,int y,unsigned int col);
extern void draw_y_line(int x,int y,int ymax,unsigned int col);
extern void draw_face(int x1,int x2 ,int y1,int y2,int col);
extern void draw_Circle(int x, int y, int r, unsigned int col);
extern int get_bmp_head_info(const char *bmpname, Bmp_file_head_t *pheadinfo, Bmp_info_t *pbmpinfo);
extern void draw_bmp(int x, int y, char *bmpname);
extern void draw_word(int x, int y, unsigned char *pword, int w, int h, unsigned int col);
#endif

注：此為函數接口頭文件

三、mmap函數接口

void *mmap(void *addr, size_t length, int prot, int flags,int fd, off_t offset);
功能：建立內存映射
參數：
addr ：映射的用戶空間首地址 ?
NULL：讓操作系統自己分配用戶空間
length：要映射的空間大小
prot：操作權限
PROT_READ ?Pages may be read.
PROT_WRITE Pages may be written
flag ： MAP_SHARED
fd：顯示設備文件描述符
offset：偏移量
0：從顯存開頭映射
返回值：
成功：映射的用戶空間首地址
失敗：MAP_FAILED（（void *）-1）

int uninit_fb()
{//5. 解除映射關系//6. 關閉顯示設備size_t len = vinfo.xres_virtual * vinfo.yres_virtual * vinfo.bits_per_pixel/8;munmap(pmem, len);close(fb);}

四、基本操作及算法? ? ? ? ? ?

1.畫一個點

void draw_point(int x, int y, unsigned int col) //畫點
{if (x >= vinfo.xres || y >= vinfo.yres){return ;}if (vinfo.bits_per_pixel == RGB_FMT_888){unsigned int *p = pmem;*(p+vinfo.xres_virtual*y+x) = col;}else if (vinfo.bits_per_pixel == RGB_FMT_565){unsigned short *p = pmem;*(p+vinfo.xres_virtual*y+x) = col;}
}

注：虛擬界面視圖大于實際視圖? ? ? ? ?
①要保持起始點在視圖范圍內
②bits_per_pixel：表示每個像素所占用的位數（bit），它決定了圖像的顏色深度和顯示質量。數值越高，能夠表示的顏色數量越多，圖像的色彩表現越豐富。
RGB888：每個像素占8位，及一個字節?，RGB888占3個字節，但在C中沒有可以存儲三字節的整形變量，它就會自動補為四字節，并將高位置零
RGB565：紅色占5位，綠色占6位，藍色占7位，? RGB565占2個字節
③pmem在建立內存映射時指向了顯存，而我們不能直接對顯存直接進行操做，所以定義相應的指針與pemp指向的地址相同，也可以理解為強轉pemp，利用強轉的pemp對顯存所映射的用戶空間進行操作? ?

2.畫一條橫線

void draw_horizontal_line(int x1,int x2,int y,unsigned int col)
{if(x1 >= vinfo.xres || x2 >=  vinfo.xres || y >= vinfo.yres){return ;}if（x1 > x2）{int t = x1;x1 = x2;x2 = x1;}for(int i = 0;i <= x2 - x1 ; ++i ){if (vinfo.bits_per_pixel == RGB_FMT_888){unsigned int *p = pmem;*(p+vinfo.xres_virtual*y+(x1+i)) = col;}else if (vinfo.bits_per_pixel == RGB_FMT_565){unsigned short *p = pmem;*(p+vinfo.xres_virtual*y+(x1+i)) = col;}}
}

思想（點成面）：畫一條橫線，橫坐標改變，縱坐標不變，即繪制一條x1至x2的橫線

3.畫一條豎線

void draw_y_line(int x,int y,int ymax,unsigned int col)
{if(x >= vinfo.xres || y >=  vinfo.yres || ymax>= vinfo.yres){return ;}for(int i = 0;i <= ymax - y; ++i ){if (vinfo.bits_per_pixel == RGB_FMT_888){unsigned int *p = pmem;*(p+vinfo.xres_virtual*(y+i)+x) = col;}else if (vinfo.bits_per_pixel == RGB_FMT_565){unsigned short *p = pmem;*(p+vinfo.xres_virtual*(y+i)+x) = col;}}
}

4.繪制一個面?

void draw_face(int x1,int x2 ,int y1,int y2,int col)
{if(x1 > x2){int t = x1;x1 = x2;x2 = t;}if(y1 > y2){int t = y1;y1 = y2;y2 = t;}if(x1 >= vinfo.xres ||x2 >=vinfo.xres|| y1 >=  vinfo.yres || y2 >= vinfo.yres){return ;}int i = 0; if (vinfo.bits_per_pixel == RGB_FMT_888){for(i = 0;i < y2 - y1;++i){draw_horizontal_line(x1,x2,y1+i,col);draw_horizontal_line(x1,x2,y2+i,col);}       }else if (vinfo.bits_per_pixel == RGB_FMT_565){ for(i = 0;i < y2 - y1;++i){draw_horizontal_line(x1,x2,y1+i,col);draw_horizontal_line(x1,x2,y2+i,col);}}if (vinfo.bits_per_pixel == RGB_FMT_888){for(i = 0;i < x2 -x1;++i){   draw_y_line(x1 + 1,y1,y2,col);draw_y_line(x2 + 1,y1,y2,col);}}else if (vinfo.bits_per_pixel == RGB_FMT_565){for(i = 0;i < x2 -x1;++i){   draw_y_line(x1 + 1,y1,y2,col);draw_y_line(x2 + 1,y1,y2,col);}}
}

思想（線成面）

6.繪制一個圓?

void draw_Circle(int x, int y, int r, unsigned int col)
{int x0 = 0;int y0 = 0;int si = 0;for (si = 0; si <= 360; si++){x0 = r * sin(PI * 2 / 360 * si) + x; y0 = r * cos(PI * 2 / 360 * si) + y;draw_point(x0, y0, col);}
}

思想：x，y為圓心坐標，圓周上任意一點為（x0，y0）

sin(PI * 2 / 360 * si) ，cos(PI * 2 / 360 * si)?是將角度轉化為弧度

7，繪制一個bmp圖

int get_bmp_head_info(const char *bmpname, Bmp_file_head_t *pheadinfo, Bmp_info_t *pbmpinfo)
{FILE *fp = fopen(bmpname, "r");if (NULL == fp){perror("fopen error");return -1;}fread(pheadinfo, sizeof(Bmp_file_head_t), 1, fp);fread(pbmpinfo, sizeof(Bmp_info_t), 1, fp);fclose(fp);return 0;
}void draw_bmp(int x, int y, char *bmpname)
{Bmp_file_head_t headinfo;Bmp_info_t bmpinfo;get_bmp_head_info(bmpname, &headinfo, &bmpinfo);int fd = open(bmpname, O_RDONLY);if (-1 == fd){perror("open bmp error");return ;}lseek(fd, 54, SEEK_SET);unsigned char *buff = malloc(bmpinfo.biHeight*bmpinfo.biWidth*bmpinfo.biBitCount/8);read(fd, buff, bmpinfo.biHeight*bmpinfo.biWidth*bmpinfo.biBitCount/8);close(fd);unsigned char *p = buff;unsigned char r, g, b;for (int j = bmpinfo.biHeight-1; j >= 0; j--){for (int i = 0; i < bmpinfo.biWidth; i++){b = *p;++p;g = *p;++p;r = *p;++p;if (vinfo.bits_per_pixel == RGB_FMT_888){unsigned int col = (r << 16) | (g << 8) | (b << 0);draw_point(i+x, j+y, col);}else if  (vinfo.bits_per_pixel == RGB_FMT_565){unsigned short col = ((r >> 3) << 11) | ((g >> 2) << 5) | (b >> 3);draw_point(i+x, j+y, col);}}}free(buff);}

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算法思想：
文件操作：
以只讀模式打開BMP文件，失敗時返回錯誤。
頭信息讀取：
使用 fread 讀取BMP文件頭（Bmp_file_head_t）到 pheadinfo。
繼續讀取BMP信息頭（Bmp_info_t）到 pbmpinfo。
資源釋放：關閉文件句柄，返回成功狀態。
draw_bmp(int x, int y, char *bmpname)
算法思想：
頭信息解析：調用 get_bmp_head_info 獲取BMP的寬、高、位深等信息。
像素數據加載：
打開文件并跳過54字節的文件頭和信息頭。
根據BMP信息頭中的圖像尺寸和位深（如 biWidth × biHeight × biBitCount/8），分配緩沖區 buff 并讀取像素數據。
像素繪制：
BMP像素順序：BMP文件存儲順序為從下到上，需反向遍歷行（j 從 biHeight-1 到 0）。
顏色轉換：
對于 RGB888格式屏幕：將BGR像素數據（BMP格式）轉換為RGB888，合并為 unsigned int 后調用 draw_point。
對于 RGB565格式屏幕：將RGB分量壓縮為5-6-5位，合并為 unsigned short。
繪制每個像素到屏幕坐標 (x + i, y + j)。

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void draw_word(int x, int y, unsigned char *pword, int w, int h, unsigned int col)
{for (int j = 0; j < h; j++){for (int i = 0; i < w; i++){unsigned char tmp = pword[i+j*w];for (int k = 0; k < 8; k++){if (tmp & 0x80){draw_point(x+i*8+k, y+j, col);}else{}tmp = tmp << 1;}}}
}

? ?

思想：
字模數據解析：
字模數據 pword 為 w × h 的字節數組，每個字節表示8個水平像素點（1位1像素）。
逐行逐像素繪制：
外層循環遍歷行（j 從 0 到 h-1）。
內層循環遍歷列（i 從 0 到 w-1）：
獲取當前字節 tmp = pword[i + j * w]。
對字節的8個位（從高位到低位）：
若某位為 1，調用 draw_point(x + i*8 + k, y + j, col) 繪制像素。
若為 0，跳過（透明或背景）。
效果：
將1位字模數據按指定顏色展開為8倍寬度的字符圖形。

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