• 嵌入式Linux驱动开发(LCD屏幕专题)(四)


    单Buffer的缺点与改进方法

    1. 单Buffer的缺点

    • 如果APP速度很慢,可以看到它在LCD上缓慢绘制图案

    • 即使APP速度很高,LCD控制器不断从Framebuffer中读取数据来显示,而APP不断把数据写入Framebuffer

      • 假设APP想把LCD显示为整屏幕的蓝色、红色

      • 很大几率出现这种情况:

        • LCD控制器读取Framebuffer数据,读到一半时,在LCD上显示了半屏幕的蓝色
        • 这是APP非常高效地把整个Framebuffer的数据都改为了红色
        • LCD控制器继续读取数据,于是LCD上就会显示半屏幕蓝色、半屏幕红色
        • 人眼就会感觉到屏幕闪烁、撕裂
          在这里插入图片描述

    2. 使用多Buffer来改进

    上述两个缺点的根源是一致的:Framebuffer中的数据还没准备好整帧数据,就被LCD控制器使用了。
    使用双buffer甚至多buffer可以解决这个问题:

    • 假设有2个Framebuffer:FB0、FB1
    • LCD控制器正在读取FB0
    • APP写FB1
    • 写好FB1后,让LCD控制器切换到FB1
    • APP写FB0
    • 写好FB0后,让LCD控制器切换到FB0

    3. 内核驱动程序、APP互相配合使用多buffer

    流程如下:

    在这里插入图片描述

    • 驱动:分配多个buffer

      fb_info->fix.smem_len = SZ_32M;
      fbi->screen_base = dma_alloc_writecombine(fbi->device,
      				fbi->fix.smem_len,
      				(dma_addr_t *)&fbi->fix.smem_start,
      				GFP_DMA | GFP_KERNEL);
      
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    • 驱动:保存buffer信息

      fb_info->fix.smem_len  // 含有总buffer大小 
      fb_info->var           // 含有单个buffer信息
      
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    • APP:读取buffer信息

      ioctl(fd_fb, FBIOGET_FSCREENINFO, &fix);
      ioctl(fd_fb, FBIOGET_VSCREENINFO, &var);
      
      // 计算是否支持多buffer,有多少个buffer
      screen_size = var.xres * var.yres * var.bits_per_pixel / 8;
      nBuffers = fix.smem_len / screen_size;
      
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    • APP:使能多buffer

      var.yres_virtual = nBuffers * var.yres;
      ioctl(fd_fb, FBIOPUT_VSCREENINFO, &var);
      
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    • APP:写buffer

      fb_base = (unsigned char *)mmap(NULL , fix.smem_len, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd_fb, 0);
      
      /* get buffer */
      pNextBuffer =  fb_base + nNextBuffer * screen_size;
      
      /* set buffer */
      lcd_draw_screen(pNextBuffer, colors[i]);
      
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    • APP:开始切换buffer

      /* switch buffer */
      var.yoffset = nNextBuffer * var.yres;
      ioctl(fd_fb, FBIOPAN_DISPLAY, &var);
      
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    • 驱动:切换buffer

      // fbmem.c
      fb_ioctl
          do_fb_ioctl
          	fb_pan_display(info, &var);
      			err = info->fbops->fb_pan_display(var, info) // 调用硬件相关的函数            
      
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      示例:
      在这里插入图片描述

    • APP:等待切换完成(在驱动程序中已经等待切换完成了,所以这个调用并无必要)

      ret = 0;
      ioctl(fd_fb, FBIO_WAITFORVSYNC, &ret);
      
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    多buff代码

    #include 
    #include 
    #include 
    #include 
    #include 
    #include 
    #include 
    #include 
    #include 
    #include 
    
    static int fd_fb;
    static struct fb_fix_screeninfo fix;	/* Current fix */
    static struct fb_var_screeninfo var;	/* Current var */
    static int screen_size;
    static unsigned char *fb_base;
    static unsigned int line_width;
    static unsigned int pixel_width;
    
    
    void lcd_put_pixel(void *fb_base, int x, int y, unsigned int color)
    {
    	unsigned char *pen_8 = fb_base+y*line_width+x*pixel_width;
    	unsigned short *pen_16;	
    	unsigned int *pen_32;	
    
    	unsigned int red, green, blue;	
    
    	pen_16 = (unsigned short *)pen_8;
    	pen_32 = (unsigned int *)pen_8;
    
    	switch (var.bits_per_pixel)
    	{
    		case 8:
    		{
    			*pen_8 = color;
    			break;
    		}
    		case 16:
    		{
    			/* 565 */
    			red   = (color >> 16) & 0xff;
    			green = (color >> 8) & 0xff;
    			blue  = (color >> 0) & 0xff;
    			color = ((red >> 3) << 11) | ((green >> 2) << 5) | (blue >> 3);
    			*pen_16 = color;
    			break;
    		}
    		case 32:
    		{
    			*pen_32 = color;
    			break;
    		}
    		default:
    		{
    			printf("can't surport %dbpp\n", var.bits_per_pixel);
    			break;
    		}
    	}
    }
    
    void lcd_draw_screen(void *fb_base, unsigned int color)
    {
    	int x, y;
    	for (x = 0; x < var.xres; x++)
    		for (y = 0; y < var.yres; y++)
    			lcd_put_pixel(fb_base, x, y, color);
    }
    
    
    /* ./multi_framebuffer_test single
     * ./multi_framebuffer_test double
     */
    int main(int argc, char **argv)
    {
    	int i;
    	int ret;
    	int nBuffers;
    	int nNextBuffer = 1;
    	char *pNextBuffer;
    	unsigned int colors[] = {0x00FF0000, 0x0000FF00, 0x000000FF, 0, 0x00FFFFFF};  /* 0x00RRGGBB */
    	struct timespec time;
    
    	time.tv_sec  = 0;
    	time.tv_nsec = 100000000;
    
    	if (argc != 2)
    	{
    		printf("Usage : %s \n", argv[0]);
    		return -1;
    	}
    	
    	fd_fb = open("/dev/fb0", O_RDWR);
    	if (fd_fb < 0)
    	{
    		printf("can't open /dev/fb0\n");
    		return -1;
    	}
    
    	if (ioctl(fd_fb, FBIOGET_FSCREENINFO, &fix))
    	{
    		printf("can't get fix\n");
    		return -1;
    	}
    	
    	if (ioctl(fd_fb, FBIOGET_VSCREENINFO, &var))
    	{
    		printf("can't get var\n");
    		return -1;
    	}
    
    	line_width  = var.xres * var.bits_per_pixel / 8;
    	pixel_width = var.bits_per_pixel / 8;
    	screen_size = var.xres * var.yres * var.bits_per_pixel / 8;
    
    	nBuffers = fix.smem_len / screen_size;
    	printf("nBuffers = %d\n", nBuffers);
    	
    	fb_base = (unsigned char *)mmap(NULL , fix.smem_len, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd_fb, 0);
    	if (fb_base == (unsigned char *)-1)
    	{
    		printf("can't mmap\n");
    		return -1;
    	}
    
    	if ((argv[1][0] == 's') || (nBuffers == 1))
    	{
    		while (1)
    		{
    			/* use single buffer */
    			for (i = 0; i < sizeof(colors)/sizeof(colors[0]); i++)
    			{
    				lcd_draw_screen(fb_base, colors[i]);
    				nanosleep(&time, NULL);
    			}
    		}
    	}
    	else
    	{
    		/* use double buffer */
    		/* a. enable use multi buffers */
    		var.yres_virtual = nBuffers * var.yres;
    		ioctl(fd_fb, FBIOPUT_VSCREENINFO, &var);
    
    		while (1)
    		{
    			for (i = 0; i < sizeof(colors)/sizeof(colors[0]); i++)
    			{
    				/* get buffer */
    				pNextBuffer =  fb_base + nNextBuffer * screen_size;
    
    				/* set buffer */
    				lcd_draw_screen(pNextBuffer, colors[i]);
    
    				/* switch buffer */
    				var.yoffset = nNextBuffer * var.yres;
    				ioctl(fd_fb, FBIOPAN_DISPLAY, &var);
    
    				ret = 0;
    				ioctl(fd_fb, FBIO_WAITFORVSYNC, &ret);
    				
    				nNextBuffer = !nNextBuffer;
    				nanosleep(&time, NULL);
    			}
    		}
    		
    	}
    	
    	munmap(fb_base , screen_size);
    	close(fd_fb);
    	
    	return 0;	
    }
    
    
    
    
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