显示输出设备学习（1）

2024-03-09 05:20
文章标签 学习 显示 输出设备

本文主要是介绍显示输出设备学习（1），希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

FrameBuffer

  • 含义：帧缓冲，即一块内存，其中保存内容为一帧的图像。
  • FrameBuffer把显示设备（lcd屏）抽象为一块内存，用户只需向内存中输入数据即可，无需关心数据如何输入到硬件设备中。
  • FrameBuffer对应Linux中的设备文件为/dev/fbX(X为0,1,2…,31)

lcd屏基本概念

  • 像素

    • 像素是屏幕显示颜色的最小单位，每个像素由R,G,B来控制颜色，一个图片由若干个像素点构成。
    • 像素点由红绿蓝(R\G\B)构成，同过三者不同比列显示颜色

  • 分辨率

    • 分辨率=画面水平方向的像素值 * 画面垂直方向的像素值，指的是像素点的数目，我们平常说的1080p就是水平1920个像素点，竖直1080个像素点，分辨率越高需要的显存越大。

  • 色深

    • 用于表示每个像素点颜色的比特位数，位数越多颜色过渡就越平滑。一般的色深RGB888（3字节）,RGB565(两字节),RGB888(带透明度，4字节)

LCD屏应用编程

  • 理解：就是对显示设备文件进行写操作

  • 在应用程序中，操作/dev/fbX 的一般步骤如下：

    1. 首先打开/dev/fbX 设备文件。
    2. 使用 ioctl()函数获取到当前显示设备的参数信息，譬如屏幕的分辨率大小、像素格式，根据屏幕参数计算显示缓冲区的大小。
    3. 通过存储映射 I/O 方式将屏幕的显示缓冲区映射到用户空间（mmap）。
    4. 映射成功后就可以直接读写屏幕的显示缓冲区，进行绘图或图片显示等操作了。
    5. 完成显示后， 调用 munmap()取消映射、并调用 close()关闭设备文件。

ioctl()函数获取硬件屏幕参数

ioctl()函数获取屏幕硬件信息，常用的包：FBIOGET_VSCREENINFO、 FBIOPUT_VSCREENINFO、FBIOGET_FSCREENINFO

  • FBIOGET_VSCREENINFO(获取FrameBuffer设备可变参数信息)，使用它时ioctl第三个参数需要一个struct fb_var_screeninfo 类型的指针，将可变参数信息保存在fb_var_screeninfo类型的变量中
  • FBIOPUT_VSCREENINFO(设置FrameBuffer设备可变参数信息)，使用它时ioctl第三个参数需要一个struct fb_var_screeninfo 类型的指针，将指向内容写入到硬件可变参数中。
  • FBIOGET_FSCREENINFO(获取FrameBuffer设备固定参数信息)，使用它时ioctl第三个参数需要一个struct fb_fix_screeninfo 类型的指针，将固定参数信息保存在fb_fix_screeninfo类型的变量中。

上述三个宏定义，以及两个结构体都在<linux/fb.h>头文件中。

  • struct fb_var_screeninfo 结构体

    struct fb_var_screeninfo
{__u32 xres;           /* 可视区域，一行有多少个像素点， X 分辨率 */__u32 yres;           /* 可视区域，一列有多少个像素点， Y 分辨率 */__u32 xres_virtual;   /* 虚拟区域，一行有多少个像素点 */__u32 yres_virtual;   /* 虚拟区域，一列有多少个像素点 */__u32 xoffset;        /* 虚拟到可见屏幕之间的行偏移 */__u32 yoffset;        /* 虚拟到可见屏幕之间的列偏移 */__u32 bits_per_pixel; /* 每个像素点使用多少个 bit 来描述，也就是像素深度 bpp */__u32 grayscale;      /* =0 表示彩色, =1 表示灰度, >1 表示 FOURCC 颜色 *//* 用于描述 R、 G、 B 三种颜色分量分别用多少位来表示以及它们各自的偏移量 */struct fb_bitfield red;    /* Red 颜色分量色域偏移 */struct fb_bitfield green;  /* Green 颜色分量色域偏移 */struct fb_bitfield blue;   /* Blue 颜色分量色域偏移 */struct fb_bitfield transp; /* 透明度分量色域偏移 */__u32 nonstd;              /* nonstd 等于 0，表示标准像素格式；不等于 0 则表示非标准像素格式 */__u32 activate;__u32 height; /* 用来描述 LCD 屏显示图像的高度（以毫米为单位） */__u32 width;  /* 用来描述 LCD 屏显示图像的宽度（以毫米为单位） */__u32 accel_flags;/* 以下这些变量表示时序参数 */__u32 pixclock;     /* pixel clock in ps (pico seconds) */__u32 left_margin;  /* time from sync to picture */__u32 right_margin; /* time from picture to sync */__u32 upper_margin; /* time from sync to picture */__u32 lower_margin;__u32 hsync_len;   /* length of horizontal sync */__u32 vsync_len;   /* length of vertical sync */__u32 sync;        /* see FB_SYNC_* */__u32 vmode;       /* see FB_VMODE_* */__u32 rotate;      /* angle we rotate counter clockwise */__u32 colorspace;  /* colorspace for FOURCC-based modes */__u32 reserved[4]; /* Reserved for future compatibility */
};

  • struct fb_fix_screeninfo 结构体

    struct fb_fix_screeninfo
{char id[16];              /* 字符串形式的标识符 */unsigned long smem_start; /* 显存的起始地址（物理地址） */__u32 smem_len;           /* 显存的长度 */__u32 type;__u32 type_aux;__u32 visual;__u16 xpanstep;__u16 ypanstep;__u16 ywrapstep;__u32 line_length;        /* 一行的字节数 */unsigned long mmio_start; /* Start of Memory Mapped I/O(physical address) */__u32 mmio_len;           /* Length of Memory Mapped I/O */__u32 accel;              /* Indicate to driver which specific chip/card we have */__u16 capabilities;__u16 reserved[2];
};

获取lcd屏幕设备信息：

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/mman.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <linux/fb.h>
int main(int argc,char *argv[]){struct fb_var_screeninfo fvs;struct fb_fix_screeninfo ffs;// 1.打开lcd屏幕对应的文件int lcd = open("/dev/fb0",O_RDONLY);if(lcd == -1){perror("open error");}// 2.获取可变参数信息，存储在fb_var_screeninfo类型结构体中ioctl(lcd,FBIOGET_VSCREENINFO,&fvs);// 3.获取固定参数的信息，存储在fb_fix_screeninfo类型结构体中ioctl(lcd,FBIOGET_FSCREENINFO,&ffs);// 4.显示lcd信息printf("分辨率: %d*%d\n""像素深度 bpp: %d\n""一行的字节数: %d\n""像素格式: R<%d %d> G<%d %d> B<%d %d>\n",fvs.xres, fvs.yres, fvs.bits_per_pixel,ffs.line_length,fvs.red.offset, fvs.red.length,fvs.green.offset, fvs.green.length,fvs.blue.offset, fvs.blue.length);// 5.关闭打开文件close(lcd);
}/*输出结果：分辨率: 1024*600像素深度 bpp: 16一行的字节数: 2048像素格式: R<11 5> G<5 6> B<0 5>  */

存储映射：

  • 理解：将文件映射到内存中，用户只需对内存进行操作，无需关心内存数据如何进入到文件中，映射可以大大加快程序的运行。

请添加图片描述

  • mmap()函数

    • 函数原型：

      #include <sys/mmap.h>
void *mmap(void *addr,size_t length,int port,int flags,int fd,off_t offset);

    • 函数功能：对文件进行存储映射。

    • 参数解析：

      • **addr：**文件映射到内存的首地址，通常为NULL由系统自动分配。

      • length:映射长度，即在内存中的大小

      • offset：文件的偏移量，通常为0。

      • fd：文件描述符，指定被映射的文件

      • prot：对映射取的保护机制，可取值如下：

          • PROT_EXEC： 映射区可执行；
          • PROT_READ： 映射区可读；
          • PROT_WRITE： 映射区可写；
          • PROT_NONE： 映射区不可访问。

      • flags： 可影响映射区的多种属性， 参数 flags 必须要指定以下两种标志之一：

        • MAP_SHARED：此标志指定当对映射区写入数据时，数据会写入到文件中，也就是会将写入到映射区中的数据更新到文件中，并且允许其它进程共享。
        • MAP_PRIVATE：此标志指定当对映射区写入数据时，会创建映射文件的一个私人副本（copy-onwrite），对映射区的任何操作都不会更新到文件中，仅仅只是对文件副本进行读写。

    • 返回值：成功情况下，函数的返回值便是映射区的起始地址（即第一个参数的地址）；发生错误时，返回(void *)-1， 通常使用MAP_FAILED 来表示， 并且会设置 errno 来指示错误原因。

  • munmap()函数

    • 函数原型：

      #include <sys/mman.h>
int munmap(void *addr, size_t length);

    • 每次存储映射使用完成后，需要用munmap解除映射。

在lcd上进行画点

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/mman.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <linux/fb.h>
int main(int argc,char *argv[]){// 1.打开lcd对应文件int lcd = open("/dev/fb0",O_RDWR);// 2.进行内存映射，将文件信息映射到内存中方便操作addr = (unsigned short *)mmap(NULL,1024*600*2,PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_SHARED,lcd,0);// 3.向内存映射中写入数据rbi(0,1024,0,600,0X0);rbi(0,100,0,150,0XFFFF);rbi(0,100,450,600,0XF800);// 4.关闭文件close(lcd);
}// 打点函数
void rbi(int starX,int endX,int starY,int endY,unsigned short color){unsigned long temp = starY*1024+starX;for(int y = 0;y<endY - starY;y++,temp+=1024){for(int x = 0;x<endX-starX;x++){addr[temp+x] = color;}}
}

结果显示：

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BMP照片显示：

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/mman.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <linux/fb.h>
unsigned short *addr = NULL;
int main(int argc,char *argv[]){
/*将图片绘制到lcd屏上面*/// 1.判断输入合法性if(argc < 2){printf("./pic <filename>\n");return 0;}// 2.打开bmp照片文件   int pic = open(argv[1],O_RDONLY);     if(pic == -1){perror("open pic error");}// 3.设置图片信息偏移量lseek(pic,54,SEEK_SET);// 4.读取图片信息unsigned char pic_arr[1024*600*3] = {0};int n_read = read(pic,pic_arr,1024*600*3);if(n_read < 1024*600*3){perror("read error");return 0;}// 5.将rgb888类型数据转化为rgb565类型数据unsigned short pic_arr1[1024*600];unsigned short blue,green,red;for(int i = 0;i<1024*600;i++){blue = pic_arr[i*3+0] >> 3;green = pic_arr[i*3+1] >> 2;red = pic_arr[i*3+2] >> 3;pic_arr1[i] = blue << 11 | green << 5 | red; }// 6.打开lcd文件int lcd = open("/dev/fb0",O_RDWR);if(lcd == -1){perror("open lcd error");return 0;}// 7.将lcd文件映射到内存中unsigned short *m_addr = (unsigned short *)mmap(NULL,1024*600*2,PROT_WRITE|PROT_READ,MAP_SHARED,lcd,0);for(int y = 0;y<600;y++){for(int x=0;x<1024;x++){*(m_addr + y*1024 + x) = pic_arr1[(599 - y)*1024+x];}}// 8.关闭链接munmap(m_addr,1024*600*2);close(lcd);close(pic);return 0;
}

结果显示：
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这篇关于显示输出设备学习（1）的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！


http://www.chinasem.cn/article/789648。

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