framebuffer

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UI技术：usr interface

framebuffer：帧缓冲，帧缓存技术

                Linux内核专门为图形化显示提供的应用程序接口

常见像素格式：

RGB888：红、绿、蓝各占 8 位，共 24 位（3 字节），通常扩展为 32 位（4 字节）以便对齐内存访问。

RGB565：红 5 位、绿 6 位、蓝 5 位，共 16 位（2 字节）。

颜色值范围：每个颜色分量为 0–255（8 位无符号整数），全满为白色，全零为黑色。显卡负责将显存中的数字信号转换为模拟信号驱动显示屏。显存中数据为线性排列，需映射到二维屏幕坐标。坐标 (x, y) 对应的显存偏移量为：offset = y * width + x。

显存位于内核空间，用户程序无法直接访问，需通过 内存映射（mmap） 将其映射到用户空间。

内存映射后，用户可通过指针访问映射区域，写入像素数据即等效于写入显存。

指针类型应为 unsigned int*（4 字节），以匹配 RGB888 扩展后的像素大小。指针每加 1，偏移 4 字节，对应一个像素点。

示例：在 800×600 分辨率下点亮中心点 (400, 300) 为红色，应向 p_memory + 300 * 800 + 400 写入 0x00FF0000。

实现步骤总结：

1. 打开显示设备：操作 /dev/fb0 文件，代表帧缓冲设备。
2. 获取设备参数：读取分辨率、像素格式等信息，以计算显存大小。
3. 建立内存映射：使用 mmap 将显存映射到用户空间，获取可操作的内存首地址。
4. 写入像素数据：通过映射后的指针写入 RGB 颜色值，实现图形绘制。
5. 解除映射关系
6. 关闭显示设备

#include <linux/fb.h>
struct fb_var_screeninfo vinfo;
int ret = ioctl(fb, FBIOGET_VSCREENINFO, &vinfo);
if (ret < 0) {printf("ioctl error\n");return -1;
}

使用 ioctl() 与用户层与内核交互，获取屏幕信息。

请求命令为 FBIOGET_VSCREENINFO，对应宏定义在 linux/fb.h 头文件中。

定义结构体 struct fb_var_screeninfo vinfo 存储参数。

建立内存映射

• 使用 mmap() 将显存映射到用户空间。
• 映射大小计算公式：xres * yres * (bits_per_pixel / 8)
• 参数设置：
  • addr: NULL（由系统自动分配）
  • length: 计算得到的显存大小，映射的空间大小
  • prot: PROT_READ | PROT_WRITE
  • flags: MAP_SHARED（共享）
  • fd: fb（设备文件描述符）
  • offset: 0（从起始地址映射）偏移量

munmap(p_memory, vinfo.xres * vinfo.yres * (vinfo.bits_per_pixel / 8));
close(fb);

解除映射，关闭设备。

错误处理机制
单纯使用 printf 打印错误信息缺乏具体原因，不利于调试。
引入 perror() 函数：可同时输出自定义错误信息和系统提供的错误原因（如 "No such file or directory"）。
系统在函数调用失败时会设置全局变量 errno，其值对应特定错误类型。
可通过 strerror(errno) 将 errno 数值转换为可读的错误字符串。
推荐使用 perror() 替代 printf 输出错误信息，因其自动附加换行且包含系统错误说明。

该函数是在某坐标点上一个点。

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;}
}

以下代码是画横线，竖线和矩形，原理是让一个点循环成一条线，一条线循环为一个面。

void draw_heng(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;for(x = 0; x < vinfo.xres_virtual; ++x){*(p+vinfo.xres_virtual*y+x) = col;}}else if(vinfo.bits_per_pixel == RGB_FMT_565){unsigned short *p = pmem;for(x = 0; x < vinfo.xres_virtual; ++x){*(p+vinfo.xres_virtual*y+x) = col;}}
}
void draw_shu(int x, int y, unsigned int col) { if (x < 0 || x >= vinfo.xres || y < 0 || y >= vinfo.yres) {return;}if (vinfo.bits_per_pixel == RGB_FMT_888) {unsigned int *p = (unsigned int *)pmem; for (; y < vinfo.yres_virtual; y++) { *(p + y * vinfo.xres_virtual + x) = col; }} else if (vinfo.bits_per_pixel == RGB_FMT_565) {unsigned short *p = (unsigned short *)pmem;for (; y < vinfo.yres_virtual; y++) { *(p + y * vinfo.xres_virtual + x) = col; }}
}
void draw_juxing(int x, int y ,unsigned int col)
{if(x >= vinfo.xres || y >= vinfo.yres){return  ;}if(vinfo.bits_per_pixel == RGB_FMT_888){for(; y < vinfo.yres_virtual; ++y){draw_heng(0, y ,0x00FF0000);}}
}

图像显示技术实现摘要

一、图像格式基础

• 常见网络图片格式为JPG或PNG，属于压缩格式，体积小但可能存在图像损失（有损压缩）。
• BMP（位图）为未压缩的无损图像格式，数据完整，便于直接读取像素值。
• 由于压缩图像需解压才能获取RGB值，因此在嵌入式设备贴图时通常使用BMP格式。

二、BMP文件结构

• BMP文件前14字节为文件头信息，后40字节为图像信息头，共54字节头部数据。
• 第55字节起为实际像素颜色值（RGB），但存储顺序为BGR（蓝绿红），而非RGB。
• 显示前需跳过前54字节头部信息，读取后续像素数据。

三、图像处理流程

1. 图像准备：

   • 从网络下载图片并保存为JPG格式。
   • 使用系统“画图”工具打开，调整分辨率至目标显示屏大小（如800×600）。
   • 另存为BMP格式（不可仅修改后缀名，必须通过工具转换以确保数据格式正确）。

2. 文件读取与头部解析：

   • 使用open()函数以只读方式打开BMP文件。
   • 读取前54字节头部信息，获取图像分辨率（biWidth, biHeight）和位深度（如24位）。
   • 关闭文件后重新打开，用于读取像素数据。

3. 像素数据读取：

   • 使用lseek()将文件指针偏移54字节，跳过头部。
   • 计算所需内存空间：width × height × 3（24位 = 3字节/像素）。
   • 在堆上分配内存，使用read()一次性读取所有BGR数据。

4. 颜色值转换与绘制：

   • 定义指针遍历BGR数据，依次读取B、G、R三个字节。

   • 根据目标显示格式进行颜色拼接：

     RGB888格式：

     • R左移16位，G左移8位，B不移。
     • 按位或运算合成32位颜色值：color = (R << 16) | (G << 8) | B

     RGB565格式：

     • 存在颜色损失，需压缩为2字节。
     • R保留高5位（右移3位），G保留高6位（右移2位），B保留高5位（右移3位）。
     • 分别左移至对应位置后按位或合成：
       color = ((R >> 3) << 11) | ((G >> 2) << 5) | (B >> 3)

5. 图像绘制逻辑：

   • 使用双层循环遍历图像行列（i为列，j为行）。
   • 绘制坐标为 (x + i, y + j)，其中(x,y)为起始位置。
   • 调用draw_point()在对应位置绘制颜色。

6. 图像倒置问题处理：

   • BMP图像数据按“从下到上”方式存储，即第一行数据对应图像最底行。
   • 解决方案：将行索引倒序处理，即j = height - 1 - current_row。
   • 实现方式：循环中j从height - 1递减至0，确保像素正确映射。

四、验证与调试

• 编译运行后发现fopen失败，原因为文件路径中使用了错误的文件名（如3.bmp而非1.bmp）。
• 修正文件名后成功加载并显示图像。
• 初次显示图像倒置，通过调整行绘制顺序解决，最终实现正常显示。

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("./1.bmp", &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);
}