Linux高级编程-framebuffer

1.framebuffer概念

UI技术：User interface  

framebuffer：帧缓冲、帧缓存技术
Linux内核专门为图形化显示提供的一套应用程序接口。

2.基本操作

（1）操作步骤

1. 打开显示设备(/dev/fb0)
2. 获取显示设备相关参数（分辨率，像素格式）---》ioctl
3. 建立显存空间和用户空间的内存映射
4. 向映射的用户空间写入RGB颜色值
5. 解除映射关系
6. 关闭显示设备

（2）函数接口

int init_fb(char *devname)
{//1. 打开显示设备(/dev/fb0)fb = open(devname, O_RDWR);if (-1 == fb){perror("open fb error");return -1;}//2. 获取显示设备相关参数（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. 建立显存空间和用户空间的内存映射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;
}

void *mmap(void *addr, size_t length, int prot, int flags,int fd, off_t offset);
功能：建立内存映射
参数：
addr ：映射的用户空间首地址  
NULL：让操作系统自己分配用户空间
length：要映射的空间大小
prot： 操作权限
PROT_READ  Pages may be read.
PROT_WRITE Pages may be written
flag ： MAP_SHARED
fd：显示设备文件描述符
offset：偏移量
0：从显存开头映射
返回值：
成功：映射的用户空间首地址
失败：MAP_FAILED（（void *）-1）

int uninit_fb()
{//5. 解除映射关系//6. 关闭显示设备size_t len = vinfo.xres_virtual * vinfo.yres_virtual * vinfo.bits_per_pixel/8;munmap(pmem, len);close(fb);}

3.基本算法实现

（1）画一个点

void draw_point(int x, int y, unsigned int col)
{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;}
}

算法思想：

边界检查：首先检查坐标 (x, y) 是否在屏幕有效范围内（x < vinfo.xres 且 y < vinfo.yres），若越界则直接返回。

像素格式处理：

若为 32位RGB888格式（RGB_FMT_888）：

将显存指针 pmem 转换为 unsigned int* 类型。

计算目标像素的线性地址：pmem + vinfo.xres_virtual * y + x。

将颜色值 col 直接写入该地址。

若为 16位RGB565格式（RGB_FMT_565）：

将显存指针 pmem 转换为 unsigned short* 类型。

计算目标像素的线性地址：pmem + vinfo.xres_virtual * y + x。

将颜色值 col（需确保是16位）写入该地址。

（2）画一条横线

void draw_x_line(int x, int y, int end, unsigned int col)
{for(int i = 0; i < end; ++i){draw_point((x + i), y, col);}
}

算法思想：

水平线绘制：从起点 (x, y) 开始，向右连续绘制 end 个像素。

循环控制：

初始化计数器 i = 0。

循环条件 i < end，每次迭代调用 draw_point(x + i, y, col) 绘制一个像素。

循环结束后，形成一条从 (x, y) 到 (x + end - 1, y) 的水平线段。

（3）画一条竖线

void draw_y_line(int x, int y, int end, unsigned int col)
{for(int i = 0; i < end; ++i){draw_point(x, (y + i), col);}
}

算法思想：

垂直线绘制：从起点 (x, y) 开始，向下连续绘制 end 个像素。

循环控制：

初始化计数器 i = 0。

循环条件 i < end，每次迭代调用 draw_point(x, y + i, col) 绘制一个像素。

循环结束后，形成一条从 (x, y) 到 (x, y + end - 1) 的垂直线段。

（4）画一个矩形

void draw_rect(int x, int y, int weight, int high, unsigned int col)
{draw_x_line(x, y, weight, col);draw_x_line(x, (y + high), weight, col);draw_y_line(x, y, high, col);draw_y_line((x + weight), y, high, col);
}

算法思想：

矩形边框绘制：通过组合四条边完成矩形绘制：

上边：调用 draw_x_line(x, y, weight, col)。

下边：调用 draw_x_line(x, y + high, weight, col)。

左边：调用 draw_y_line(x, y, high, col)。

右边：调用 draw_y_line(x + weight, y, high, col)。

注意：

此函数仅绘制矩形边框，不填充内部。

（5）画一个圆

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);}
}

算法思想：

参数化圆绘制：

遍历角度 si 从 0° 到 360°，步长为 1°。

对每个角度 si：

计算圆上点的坐标：

x0 = r * sin(θ) + x（θ = PI * 2 / 360 * si 弧度）。

y0 = r * cos(θ) + y。

调用 draw_point(x0, y0, col) 绘制单个像素。

效果：

通过离散点近似形成一个圆形，精度取决于角度步长。

（6）画一个图

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);}

get_bmp_head_info(const char *bmpname, Bmp_file_head_t *pheadinfo, Bmp_info_t *pbmpinfo)

算法思想：

文件操作：

以只读模式打开BMP文件，失败时返回错误。

头信息读取：

使用 fread 读取BMP文件头（Bmp_file_head_t）到 pheadinfo。

继续读取BMP信息头（Bmp_info_t）到 pbmpinfo。

资源释放：关闭文件句柄，返回成功状态。

draw_bmp(int x, int y, char *bmpname)

算法思想：

头信息解析：调用 get_bmp_head_info 获取BMP的宽、高、位深等信息。

像素数据加载：

打开文件并跳过54字节的文件头和信息头。

根据BMP信息头中的图像尺寸和位深（如 biWidth × biHeight × biBitCount/8），分配缓冲区 buff 并读取像素数据。

像素绘制：

BMP像素顺序：BMP文件存储顺序为从下到上，需反向遍历行（j 从 biHeight-1 到 0）。

颜色转换：

对于 RGB888格式屏幕：将BGR像素数据（BMP格式）转换为RGB888，合并为 unsigned int 后调用 draw_point。

对于 RGB565格式屏幕：将RGB分量压缩为5-6-5位，合并为 unsigned short。

绘制每个像素到屏幕坐标 (x + i, y + j)。

（7）在图中加入字（使用字模）

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;}}}
}

算法思想：

字模数据解析：

字模数据 pword 为 w × h 的字节数组，每个字节表示8个水平像素点（1位1像素）。

逐行逐像素绘制：

外层循环遍历行（j 从 0 到 h-1）。

内层循环遍历列（i 从 0 到 w-1）：

获取当前字节 tmp = pword[i + j * w]。

对字节的8个位（从高位到低位）：

若某位为 1，调用 draw_point(x + i*8 + k, y + j, col) 绘制像素。

若为 0，跳过（透明或背景）。

效果：

将1位字模数据按指定颜色展开为8倍宽度的字符图形。