帧缓冲(framebuffer)是Linux为显示设备提供的一个接口，是把显存抽象后的一种设备，它允许上层应用程序在图形模式下直接对显示缓冲区进行读写操作，这种操作是抽象的，统一的。用户不必关心物理显存的位置，换页机制等等具体细节。这些都由Framebuffer设备驱动程序完成的。帧缓冲驱动应用广泛，在linux的桌面系统中，Xwindow服务器就是利用帧缓冲进行窗口绘制的。尤其是通过帧缓冲设备可显示汉字点阵，成为linux汉化的唯一可行方案。
帧缓冲设备对应的设备文件为/dev/fb*，如果系统有多个显卡，Linux下还可支持多个帧缓冲设备，最多可达32个，分别为/dev/fb0~/dev/fb31，而/dev/fb则为当前缺省的帧缓冲设备，通常指向/dev/fb0。当然在嵌入式系统中支持一个显示设备就够了。帧缓冲设备为标准字符设备，主设备号为29，次设备号为0到31，分别对应/dev/fb0~/dev/fb31
通过/dev/fb，应用程序的操作主要有一下几种：
1.读/写(read/write)/dev/fb
相当于读/写屏幕缓冲区。
cp /dev/fb0 tmp 将当前屏幕的内容拷贝到一个文件中
cp tmp > /dev/fb0 则将图形文件tmp显示在屏幕上
2.映射(map)操作
由于Linux工作在保护模式，每个应用程序都有自己的虚拟地址空间，在应用程序不能直接访问物理缓冲区地址的。为此，linux在文件操作file_operations结构中提供了mmap函数，可将文件的内容应身到用户空间。对于帧缓冲设备，则可通过映射操作，可将屏幕缓冲区的物理地址映射到用户空间的一段虚拟地址中，之后用户就可以通过读写这段虚拟地址访问屏幕缓冲区，在屏幕上绘图了。而且若干个进程可以映射到同一显示缓冲区。实际上，使用帧缓冲设备的应用程序都是通过映射操作来显示图形的。
3.I/O控制
对于帧缓冲设备，对设备文件的ioctl操作可读取/设置显示设备及屏幕参数，如分辨率，显示颜色数，屏幕大小等等。ioctl的操作是有底层的驱动程序来完成的。
在应用程序中，操作/dev/fb的一般步骤如下：
1.打开/dev/fb设备文件
2.用ioctrl操作取得当前显示屏幕参数，根据屏幕参数可计算屏幕缓冲区的大小。
3.将屏幕缓冲区映射到用户空间。
4.映射后就可以直接读写屏幕缓冲区，进行绘图和图片显示了
备注：memset:作用是在一段内存块中填充某个给定的值，它对较大的结构体或数组进行清零操作的一种最快方法。
memcpy：作用是把一块内存中的字节，不管其中的内容是什么，从内存的一个区域复制到另一个区域。
12月9日晚22：40于实验室
____________________________________________________________________
典型程序段分析：
#include
int main(){
int fbfd = 0;
struct fb_var_screeninfo vimnfo;
struct fb_var_screeninfo finfo;
long int screensize = 0;
/*open the device*/
fbfd = open ("/dev/fb0",O_RDWR);
ioctl(fbfd,FBIOGET_FSCREENINFO,&finfo);
ioctl(fbfd,FBIOGET_FSCREENINFO,&vimnfo);
screensize = vimnfo.xres * vimnifo.yres * vimnfo.bit_per_pixel /8 ;
fbp=(char*)mmap(0,screensize,PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_SHARED,fbfd,0);
......
}
帧缓冲驱动的编写
帧缓冲设备属于字符设备，其目的就是通过配置MX1寄存器，在一段制定的内存与LCD之间建立一个自动传输的通道。这样，任何程序只要修改这段内存中的数 据，就可以改变LCD上的显示内容。帧缓冲设备驱动也采用“文件层－驱动层”的接口方式。在文件层次上，Linux为其定义了：
static struct file_operation fb_fops={
owner:THIS_MODULE
read:fb_read, /*读操作*/
write:fb_write, /*写操作*/
ioctl:fb_ioctl, /*控制操作*/
mmap:fb_mmap, /*映射操作*/
open:fb_open, /*打开操作*/
release:fb_release, /*关闭操作*/
}
其中的成员函数都在文件linux/dev/vimdeo/fbmem.c中定义。
由于显示设备的特殊性，在驱动层的接口中不但要定义底层函数，还要有一些纪录设备状态的函数。Linux为帧缓冲设备定义的驱动测借口为struct fb_info结构， 在include/linux/fb.h中定义。
12月10日上午于实验室
____________________________________________________________________
对驱动程序中要用到的几个关键成员的说明
fb_info:纪录了帧缓冲设备的全部信息，包括设备的参数，状态以及操作函数指针。每一个帧缓冲设备都必须对应一个fb_info结构。 其中成员变量modename为设备名称，fontname为显示字体，fboops为指向底层操作的函数的指针，这些函数是需要驱动程序人员编写的。成 员fb_var_screeninfo和fb_var_screeninfo也是结构体。其中var_screeninfo纪录用户可修改的显示控制器参 数，包括屏幕分辨率和每个象素的比特数。fb_var_screeninfo中的xres定义屏幕一行有多少个点，yres定义屏幕一列有多少个 点，bits_per_pixel定义每个点用多少个字节表示。而fb_fix_screeninfo中纪录用户不能修改的显示控制器的参数，如屏幕缓冲 区的物理地址，长度。当对缓冲区设备进行映射操作时，就是从fb_fix_screeninfo中取得缓冲区相应的物理地址的。上面所说的数据成员都是需 要在驱动程序中初始化和设置的。
编写帧缓冲驱动程序的步骤为：
1.编写初始化函数：初始化函数首先初始化LCD控制器，通过写寄存器设置的显示模式和显示颜色数，然后分配LCD显示缓冲区。在Linux可通过kmalloc函数分配一片连续空间。
例如LCD显示方式为320*240,16位彩色，需要分配的显示缓冲区位320*240*2=150K字节，缓冲区通常分配在大容量的片外SDRAM中，起始地址保存在LCD控制寄存器中。
最后是初始化一个fb_info结构，填充其中的成员变量，并调用register_framebuffer(&fb_info)，将fb_info登记入内核。
2.编写结构fb_info中函数指针fb_ops对应的成员函数：对于嵌入式系统的简单实现，只需要下列三个函数就可以了：
......
int(*fb_get_fix)(struct fb_fix_screeninfo *fix,int con,struct fb_info *info);
int(*fb_get_var)(struct fb_var_screeninfo *fix,int con,struct fb_info *info);
int(*fb_set_fix)(struct fb_fix_screeninfo *fix,int con,struct fb_info *info);
......
}
struct fb_ops在include/linux/fb.h中定义。这些函数都是用来设置/获取fb_info结构中的成员变量的。当应用程序对设备文件进行 Ioctl操作时会调用它们，例如，对于fb_get_fix(),应用程序传入的是fb_fix_screeninfo结构，在函数中对其成员变量赋 值，主要是smem_start（缓冲区其实地址）和smem_len（缓冲区长度），最终返回给应用程序。而fb_set_var函数的传入参数是 fb_var_screeninfo，函数中，需要对xres，yres和bits_per_pixel赋值。驱动程序编写完成后，开发者可以选择将其编 译位动态加载模块，或者静态地编译入内核中。
LCD API
LCD API是一套应用层编程入口，它将屏幕缓冲区的物理地址映射到用户空间的一段虚拟地址中，之后用户就可以通过这段虚拟地址访问屏幕缓冲区，在屏幕上绘图了。
lcd_initalize完成屏幕缓冲区的物理地址映射到用户空间的一段虚拟地址中，以后用户就可以通过读写这段虚拟地址访问屏幕缓冲区，在屏幕上绘图了。
lcd_putpixel是画图的基础，直线，矩形，椭圆，圆都是在此继承上的算法。
lcd_textout在使用这个函数显示字符的时候，需要将/usr/local/src/example//bin/hz16字符库文件。
LCD显示原理：
LCD是基于液晶光电效应的显示器件。液晶显示器的工作原理就是利用液晶的物理特性，在通电时，液晶排列变得有次序，使光线容易通过；不通电时排列变得混 乱，阻止光线的通过。即液晶工作时，使用的是外部的光线，自己本身并不发光，所以与CRT相比，液晶显示器的耗电量较低。
LCD中使用的位液晶照明的主要有两种：传送式和反射式。传送式屏幕要使用外加光源照明，成为背光（backlight），照明光源安装在LCD背后。传送式LCD在正常光线及暗光线下，显示效果很好，但在户外，尤其在日光下，很难辨清显示内容。
反射式屏幕，则不需要外加照明电源，使用周围环境的光线，这样，反射式屏幕就没有背光，所以这种屏幕在户外或光线充足的室内，才会有出色的显示效果，但在一般室内光线下，这种显示屏的显示效果不及背光传送式的。
灰度显示原理：
实际上，LCD显示屏并不是设置成不同的亮度去驱动每一个象素的，它对象素要么显示，要么关闭。LCD显示屏的一个常用指标就是它的反应时间，反应时间指 得是一个象素从显示到关闭所花费的时间，典型的是几百ms。一种调试技术被用于驱动每个象素，即用整个固定时间周期的一部分驱动每个象素。
LCD控制器内部有1个16周期计数器，用于产生16周期的间隔。当驱动象素时，它读帧缓冲数据所指的，在调色寄存器中的半字节数据。该数据确定位16周 期间隔里象素显示的次数。例如该值等于4，则该象素每个4个时钟周期显示1次，等于整个16周期间隔的4/16。即认为该象素以最大亮度的1/4进行显 示。
彩色显示原理：
彩色显示时，每个象素点有3个子色彩象素（RGB），灰度显示的技术应用到彩色显示中，每个子彩色象素有15个浓度的感觉效果。可用RGB三种颜色的15 中浓度中的一种去驱动1个象素点。如LCD的控制器编程为4bpp模式，可支持最高15*15*15=3 375种不同的颜色；2bpp模式时，可支持64种不同的颜色；1bpp模式时，可支持8种不同的颜色；对于一个1/4VGA显示屏，实际象素数量等于 320*400*4=921600位或115200字节，小于上面提到的最大帧缓冲限制（128K）
另外一个显示特性是刷新率，指的是整个数据帧被重新写到显示屏的频率。如果数据写的太慢，将影响到显示质量；太快则显示器的反应时间跟不上象素驱动状态的改变。大部分显示屏推荐的速率是70～80Hz
来源：
http://blog.csdn.net/guyun_shine/article/details/6019621
