FrameBuffer 架构

FrameBuffer 是 Linux 系统中的一种显示驱动接口。FrameBuffer 将显示硬件进行抽象，对用户表现为一块显示内存，用户空间进程可以直接操作这块内存空间完成写屏操作。FrameBuffer 在设备上表现为一个字符设备，设备节点为 /dev/fb*。用户对设备节点进程 open、mmap、ioctl、read、write 等操作，就可以控制最终的显示输出。

FrameBuffer 使用的简单流程

FrameBuffer 在结构上是一个相对简单的驱动，操作流程也比较简单，一般的流程为：

1. 使用 open() 打开 fb 设备节点。
2. 通过 ioctl() 设置和获取显示区域的显示属性（FBIOPUT_VSCREENINFO / FBIOGET_VSCREENINFO）。
3. 通过 ioctl() 获取硬件上显示缓存区的参数（FBIOGET_FSCREENINFO）。
4. 使用 mmap() 结合上面获取的信息映射显示缓冲区。
5. 在映射的缓冲区上写入图像数据，就可以获得对应的显示输出。
6. 完成显示后，调用 close() 关闭 fb 设备。

FrameBuffer 中的数据结构

FrameBuffer 驱动的实现与硬件关系非常大，很难有一个统一的开发流程，所以实现细节也不介绍了。在软件实现上，很多都是围绕驱动中的几个数据结构来实现的。

• fb_info：记录了 FrameBuffer 驱动中全部重要信息，包括驱动状态、设备属性、操作方法等等，并且关联到其他结构体。一个 FrameBuffer 对应一个 fb_info 。
• fb_ops：FrameBuffer 中的操作函数。
• fb_cmap：记录 FrameBuffer 驱动中的调色板信息，通过 FBIOGETCMAP 和 FBIOPUTCMAP 进行操作。我在实际使用中并没有用到这个结构体，我对它的理解是用户与驱动对颜色的一种约定，通过这个调色板，用户和驱动可以统一某些颜色。
• fb_var_screeninfo：存储了用户可以修改的显示属性，例如屏幕分辨率、像素比特数、透明度、像素时钟时序等。通过 FBIOPUT_VSCREENINFO 和 FBIOGET_VSCREENINFO 进行操作。
• fb_fix_screeninfo：存储了硬件固有的显示属性，如缓冲区的物理地址、缓冲区的长度、显示色彩模式、内存映射的开始位置等。这个结构体在驱动程序初始化时就已经确定，不能由用户修改。通过FBIOGET_FSCREENINFO 进行操作。

其他

FrameBuffer 驱动结构上比较简单，但这并不意味着开发会很简单，开发复杂度与硬件复杂度有很大关系。如果仅仅是一个显示控制，那么实现对应的驱动接口可能就差不多了。但是如果显示单元中包含显示后处理，画质调节等其他硬件单元时，显示驱动就可能变得比较复杂，并且调试难度也增加很多。

FrameBuffer 这种简单的结构也带来了很大的灵活性，许多复杂的处理可以交给上层应用或更底层的硬件来做。例如多个图层渲染，可以由应用使用软件或 GPU 先进行合成，再交给 FrameBuffer 显示。如果硬件支持多个显示层，也可以将每个图层送给 FrameBuffer，然后由硬件进行合成。

另一个常见的问题就是显示流畅性。当使用单缓冲时，很难确保显示画面没有撕裂。单缓冲的流畅显示需要保证软件送显与硬件显示保持相同的帧率，并且显示缓冲的准备时间要尽量短，必须小于帧周期。使用双缓冲时，要求就小很多，更容易保证显示流畅。双缓冲使用乒乓结构，当一个缓冲用于硬件显示时，另一个缓冲用来软件写入。双缓冲可以在应用层或驱动层实现，驱动实现时通过 FBIOPAN_DISPLAY 来交换缓冲。为了确保流畅性，现在有使用三缓冲或更多缓冲来实现，缓冲越多越有利于流畅性，但消耗的内存会更多。设计架构时需要根据实际情况来选择缓冲数。