引言：
由LCD的硬件原理及操作（可参看韦哥博客：第017课 LCD原理详解及裸机程序分析）
我们知道只要LCD控制器的相关寄存器正确配置好，就可以在LCD面板上显示framebuffer中的内容。
若应用程序需要在LCD屏幕上显示文字或图像时，只需要把相应的显示内容以正确的格式写到Framebuffer中即可。
（Framebuffer，中文名字是帧缓冲，这个帧也就是一副图像所需要的数据。因此，帧缓冲其实就是LCD设备的驱动程序）
一.LCD驱动程序框架
根据上述思路，Linux LCD 驱动程分为两个层次，如下图所示
类似于Platform 平台驱动框架，也将驱动程序分为相对稳定的算法驱动，即fb总线驱动，与易变的设备驱动，即fb设备驱动
1.底层为LCD硬件驱动层
负责对LCD硬件相关寄存器进行初始化；
2.上层为帧缓冲区层
主要用来为应用程序提供操作LCD屏的接口，应用程序要在LCD上显示时，只需把内容写到帧缓冲区中即可。
在帧缓冲区层，主要把内核空间的一块内存虚拟为一个字符设备，并实现文件接口操作函数（open/read/write）
然后把帧缓冲注册为一个字符设备，这样在应用层就可以像访问普通字符设备一样来访问帧缓冲，从而实现显示。
二、驱动源码分析
以s3c2440 CPU为例：
FrameBuffer设备驱动基于如下两个文件：
1) linux/include/linux/fb.h
2) linux/drivers/video/fbmem.c
下面分析这两个文件。
一）fb.h
帧缓冲主要的数据结构几乎都是在这个中文件定义的。这些结构包括：
1）fb_var_screeninfo
2) fb_fix_screeninfon
3) fb_cmap
4) fb_info
5) struct fb_ops
6) structure map
二）.fbmem.c
fbmem.c 处于Framebuffer设备驱动技术的中心位置.它为上层应用程序提供系统调用，
也为下一层的特定硬件驱动提供接口；那些底层硬件驱动需要用到这儿的接口来向系统内核注册它们自己.
fbmem.c 为所有支持FrameBuffer的设备驱动提供了通用的接口，避免重复工作.
内核中的frambuffer在drivers/video/fbmem.c
1. 进入fbmem.c找到它的入口函数:
1 fbmem_init(void) 2 { 3 create_proc_read_entry("fb", 0, NULL, fbmem_read_proc, NULL); 4 5 if (register_chrdev(FB_MAJOR,"fb",&fb_fops)) //创建字符设备 6 printk("unable to get major %d for fb devs ", FB_MAJOR); 7 8 fb_class = class_create(THIS_MODULE, "graphics"); //创建类 9 if (IS_ERR(fb_class)) { 10 printk(KERN_WARNING "Unable to create fb class; errno = %ld ", PTR_ERR(fb_class)); 11 fb_class = NULL; 12 } 13 return 0; 14 }
（1）create_proc_read_entry在/proc下也会有fb文件
（2）创建字符设备"fb", FB_MAJOR=29,主设备号为29,我们cat /proc/devices 也能找到这个字符设备:
与之前的驱动程序一样，但是没有使用创建设备节点,为什么?
因为需要注册了LCD驱动后，才会有设备节点
（3）class_create 注册了一个类 graphics， 具体的设备文件不在此处创建
2.进入结构体fb_fops
此处注册的是字符设备驱动，结构为默认的file_operations = fb_fops， 从 open = fb_open 开始分析
分析一下应用层是如何打开驱动、读取驱动数据
2.1 fb_open函数如下:
1 static int fb_open(struct inode *inode, struct file *file) 2 { 3 int fbidx = iminor(inode); //获取设备节点的次设备号 4 struct fb_info *info; //定义fb_info结构体，其中包含帧缓冲相关信息 5 int res = 0; 6 ... ... 7 8 if (!(info = registered_fb[fbidx])) //(1) info= registered_fb[fbidx],获取此设备号的lcd驱动信息 9 try_to_load(fbidx); 10 ... ... 11 12 if (info->fbops->fb_open) { ////判断此结构体中是否有fb_open 13 res = info->fbops->fb_open(info,1); //调用registered_fb[fbidx]->fbops->fb_open 14 if (res) 15 module_put(info->fbops->owner); 16 } 17 18 return res; 19 }
1）.registered_fb[fbidx] 这个数组也是fb_info结构体,其中fbidx等于次设备号id,显然这个数组就是保存我们各个lcd驱动的信息。
2）.根据次设备号在 registered_fb 中寻找对应的 fb_info中的 fb_ops中的open，有就调用，无则返回
#define FB_MAX 32 //次设备号最大为32,最多支持32个fb设备
extern struct fb_info *registered_fb[FB_MAX];
2.1 fb_read函数如下:
1 static ssize_t fb_read(struct file *file, char __user *buf, size_t count, loff_t *ppos) 2 { 3 unsigned long p = *ppos; 4 struct inode *inode = file->f_path.dentry->d_inode; 5 int fbidx = iminor(inode); //获取次设备号 6 struct fb_info *info = registered_fb[fbidx]; //获取次设备号的lcd驱动的信息 7 u32 *buffer, *dst; 8 u32 __iomem *src; 9 int c, i, cnt = 0, err = 0; 10 unsigned long total_size; 11 ... ... 12 if (info->fbops->fb_read) //如果自定义了驱动层的read，则调用自定义的，否则调用默认的 13 return info->fbops->fb_read(info, buf, count, ppos); 14 15 total_size = info->screen_size; //获取屏幕长度 16 17 ... ... 18 19 buffer = kmalloc((count > PAGE_SIZE) ? PAGE_SIZE : count,GFP_KERNEL); //分配缓冲区 20 if (!buffer) 21 return -ENOMEM; 24 25 src = (u32 __iomem *) (info->screen_base + p); //获取显存物理基地址 26 if (info->fbops->fb_sync) 27 info->fbops->fb_sync(info); 28 29 while (count) { 30 c = (count > PAGE_SIZE) ? PAGE_SIZE : count; //获取页地址 31 dst = buffer; 32 33 /*因为src是32位,一个src等于4个字节,所以页地址c >> 2*/ 34 for (i = c >> 2; i--; ) 35 *dst++ = fb_readl(src++); //读取显存每个像素点数据,放到dst地址上 36 37 if (c & 3) { 38 u8 *dst8 = (u8 *) dst; 39 u8 __iomem *src8 = (u8 __iomem *) src; 40 for (i = c & 3; i--;) 41 *dst8++ = fb_readb(src8++); 42 src = (u32 __iomem *) src8; 43 } 44 if (copy_to_user(buf, buffer, c)) { //上传数据,长度等于页地址大小 45 err = -EFAULT; 46 break; 47 } 48 *ppos += c; 49 buf += c; 50 cnt += c; 51 count -= c; 52 } 53 kfree(buffer); 54 return (err) ? err : cnt; 55 }
从.open和.write函数中可以发现,都依赖于fb_info帧缓冲信息结构体,它从registered_fb[fbidx]数组中得到,这个数组保存我们各个lcd驱动的信息
.3.registered_fb[fbidx]数组在哪里被注册,位于register_framebuffer():
1 int register_framebuffer(struct fb_info *fb_info) 2 { 3 ... ... 4 for (i = 0 ; i < FB_MAX; i++) //查找空的数组 5 if (!registered_fb[i]) 6 break; 7 8 fb_info->node = i; 9 ... ... 10 11 /*创建设备节点,名称为fdi,主设备号为29,次设备号为i */ 12 fb_info->dev = device_create(fb_class, fb_info->device,MKDEV(FB_MAJOR, i), "fb%d", i); 13 ... ... 14 15 registered_fb[i] = fb_info; 16 ... ... 17 }
register_framebuffer()除了注册fb_info,还创建了设备节点，底层驱动程序即设备驱动，通过调用register_framebuffer来设置硬件
所以要注册驱动时就调用这个,如下图所示:
4.再来看看/drivers/video/s3c2410fb.c 中又是怎么实现驱动的
4.1先找到入口出口函数:
1 int __devinit s3c2410fb_init(void) 2 { 3 return platform_driver_register(&s3c2410fb_driver); 4 } 5 6 static void __exit s3c2410fb_cleanup(void) 7 { 8 platform_driver_unregister(&s3c2410fb_driver); 9 }
入口函数中，注册LCD平台设备驱动的数据结构体到平台总线上。出口函数则卸载。
4.2 来看看平台设备驱动 s3c2410fb_driver 如何定义的
1 static struct platform_driver s3c2410fb_driver = { 2 .probe = s3c2410fb_probe, //检测函数,注册设备 3 .remove = s3c2410fb_remove, //删除设备 4 .suspend = s3c2410fb_suspend, //休眠 5 .resume = s3c2410fb_resume, //唤醒 6 .driver = { 7 .name = "s3c2410-lcd", //drv名字 8 .owner = THIS_MODULE, 9 }, 10 };
当有对应的设备注册到平台总线上时，就会根据设备名（s3c2410-lcd）或ID，找到相应的设备驱动，调用probe函数来探测设备。
4.2 再进入probe函数看看它的处理
先看看函数传入的参数 s3c2410fb_probe (struct platform_device *pdev)
1 //archarmplat-s3c24xxdevs.c 2 struct platform_device s3c_device_lcd = { 3 .name = "s3c2410-lcd", //设备名称 4 .id = -1, //设备ID 5 .num_resources = ARRAY_SIZE(s3c_lcd_resource), 6 .resource = s3c_lcd_resource, 7 .dev = { 8 .dma_mask = &s3c_device_lcd_dmamask, 9 .coherent_dma_mask = 0xffffffffUL 10 } 11 };
1 static int __init s3c2410fb_probe(struct platform_device *pdev) 2 { 3 struct s3c2410fb_info *info; //定义指向s3c2410fb_info的结构体指针 4 struct fb_info *fbinfo; //定义指向fb_info的结构体指针 5 struct s3c2410fb_hw *mregs; 6 int ret; 7 int irq; 8 int i; 9 u32 lcdcon1; 10 11 mach_info = pdev->dev.platform_data; //获取LCD设备信息(长宽、类型等) 12 13 if (mach_info == NULL) { 14 dev_err(&pdev->dev,"no platform data for lcd, cannot attach "); 15 return -EINVAL; 16 } 17 mregs = &mach_info->regs; 18 19 20 irq = platform_get_irq(pdev, 0); 21 if (irq < 0) { 22 dev_err(&pdev->dev, "no irq for device "); 23 return -ENOENT; 24 } 25 27 /* 1. 分配一个s3c2410fb_info结构体给fbinfo*/ 28 fbinfo = framebuffer_alloc(sizeof(struct s3c2410fb_info), &pdev->dev); 29 if (!fbinfo) { 30 return -ENOMEM; 31 } 34 35 /*2.设置fb_info*/ 36 info = fbinfo->par; //par成员用来存放帧缓冲的私有数据，此处为LCD控制器 37 info->fb = fbinfo; 38 info->dev = &pdev->dev; 39 ... ... 40 41 /*3.硬件相关的操作,设置中断,LCD时钟频率,显存地址, 配置引脚... ...*/ 42 ret = request_irq(irq, s3c2410fb_irq, IRQF_DISABLED, pdev->name, info); //设置中断 43 info->clk = clk_get(NULL, "lcd"); //获取时钟 44 clk_enable(info->clk); //使能时钟 45 ret = s3c2410fb_map_video_memory(info); //显存地址 46 ret = s3c2410fb_init_registers(info); //设置寄存器,配置引脚 47 ... ... 48
/* 4.注册一个fb_info结构体，里面包含帧缓冲的相关信息 */ 49 ret = register_framebuffer(fbinfo); 50 if (ret < 0) { 51 printk(KERN_ERR "Failed to register framebuffer device: %d ", ret); 52 goto free_video_memory; 53 } 54 ... ... 55 return ret; 56 }
完成了帧缓冲变量struct s3c2410fb_info初始化之后，调用fbmem.c的接口，即第49行，通过register_framebuffer注册fb_info结构体后，
会根据次设备号将fb_info存入registered_fb[fbidx]数组中，
这样操作函数就可以通过次设备号找到数组中对应的设备信息，进行操作。
参考一下框图
总结
参照driversvideos3c2410fb.c来设计这个fb总线下的platform平台驱动,我们这里不使用platform设计,
而是直接写驱动.参考s3c2410fb_probe来进行初始化设置
由上可知要写个LCD驱动程序,需要以下4步:
1) 分配一个fb_info结构体: framebuffer_alloc();
2) 设置fb_info
3) 硬件相关的操作(设置中断,LCD时钟频率,显存地址, 配置引脚... ...)
4 注册fb_info: register_framebuffer()
下一节写LCD驱动程序
参考：
15.linux-LCD层次分析(详解)
lcd驱动框架
Linux的帧缓冲设备
【Linux开发】全面的framebuffer详解
深入理解嵌入式Linux设备驱动程序